Внешние характеристики трансформатора.
В трансформаторах большой и средней мощности, т.е. обычного исполнения, ток холостого хода сравнительно мал(0.510 % от ). Поэтому для нахождения падения напряжения пользуются упрощенной схемой замещения без намагничивающей ветви .
При номинальных токах погрешность в определении первичного тока от пренебрежения намагничивающей ветвью, а значит, и током холостого хода, составляет около 0.1 %.
.
Строим векторную диаграмму:
Из-за малости угла () считаем модулем отрезок Тогда падение напряжения представится отрезком |AC|:
Величина при номинальном токе численно равна в опыте короткого замыкания. Поэтому относительное его значение может быть представлено в виде :
может быть представлено как сумма относительных значений активной и реактивной составляющих падения напряжения:
это можно выразить в процентах. Напряжение короткого замыкания % указывается в паспорте трансформатора. В силовых трансформаторах: =515%. Зная , можно найти ток эксплуатационного короткого замыкания:
(*)
В трансформаторах малой мощности при =50Гц =2050%; при =400Гц =525%.
Причем большие величины относятся к трансформаторам меньшей мощности. В силовых трансформаторах ток эксплуатационного короткого замыкания превышает номинальный в 720 раз. Для его ограничения обмотки мощных силовых трансформаторов выполняются с повышенным сопротивлением.
Относительное значение активной составляющей падения напряжения зависит от номинальной мощности трансформатора:
тем больше, чем больше габариты. Можно доказать, что в геометрически подобных трансформаторах при уменьшении , уменьшается медленнее. Отсюда следует, что падение напряжения , а значит, и в трансформаторе малой мощности будет значительно больше, чем в трансформаторе большей мощности, соответственно будет меньше отношение . (см.*)
Реактивная составляющая
При уменьшении номинальной мощности обычно уменьшается величина воздушных промежутков между первичной и вторичной обмотками, вследствие чего становятся меньшими (т.е. относительное значение к ). Трансформатор становится компактнее. Величина уменьшается.
Таким образом, в малых трансформаторах ; соответственно в силовых трансформаторах: ; соответственно
С повышением частоты питающего напряжения величина при заданных габаритах увеличивается.
Отношение уменьшается и уменьшается . Потому трансформаторы малой мощности, работающие на повышенных частотах, по соотношению и приближаются к мощным трансформаторам.
Обычно, определяют падение напряжения U в трансформаторе при и номинальной частоте f как алгебраическую разность
- вторичное напряжение при холостом ходе;
- вторичное напряжение при нагрузке.
При холостом ходе отсутствует или очень мало падение напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому получаем:
Таким образом, выражение для падения напряжения U в относительных единицах записывается:
Из выражения для падения напряжения видно, что оно пропорционально току нагрузки: . Поэтому, если ввести понятие коэффициента нагрузки
, то, умножив правую часть на , получим :
(**), видно, что при заданном относительная величина падения напряжения u% зависит от фазового угла (в частности, - от cos). Учитывая сказанное выше о величинах и для силовых трансформаторов и трансформаторов малых мощностей внешние характеристики трансформаторов (для построения внешней характеристики может быть использована формула ), под которыми понимается зависимость
при различных характеристиках нагрузки зависимость имеет вид:
Те же характеристики для трансформаторов малой мощности имеют вид:
Тот или иной вид характеристики получался в связи с различным «удельным весом» % и % в силовых и микротрансформаторах внешние характеристики зависят от мощности трансформатора при одинаковых . Действительно, из приведенных выше выражений следует, что при заданном величина u% зависит от cos. Выше мы указали, что в силовых трансформаторах % больше %, поэтому при чисто активной нагрузке и прочих равных условиях падение напряжения меньше, чем при индуктивной. А при емкостном характере нагрузки <0 с ростом U может изменить знак (). То, что напряжение на нагрузке может быть больше напряжения на зажимах первичной обмотки при активно-емкостной нагрузке, видно и из (**), и из векторной диаграммы.
При активно-индуктивной нагрузке микротрансформаторов, чем меньше cos, тем выше располагаются внешние характеристики.
Лекция 8.