Lektsia_22

Лекція

Тема: «Робота трансформатора на зовнішню загрузку, ΔU%, зовнішні характеристики трансформаторів».

Мета: «Розглянути роботу трансформатора під навантаженням, ΔU%, зовнішні характеристики трансформаторів; навчитися визначати процентну зміну напруги, коефіцієнт навантаження, будувати зовнішні характеристики трансформаторів».

Література: Л1, ст. 236..241.

Основні питання:

1. Робота трансформатора на зовнішню загрузку, ΔU%

2. Зовнішня характеристика трансформатора..

1. Робота трансформатора на зовнішню загрузку, ΔU%.

Р озглянемо режим навантаження трансформатора (рис. 4), коли вторинне коло замкнуте на навантажувальний опір Z_н і по ньому проходить струм i_2.

Аналізуючи роботу трансформатора під навантаженням, важливо усвідомити взаємозв'язок струму в колі навантаження i₂ зі струмом, який споживається трансформатором від мережі, оскільки зміна потужності, яка віддається трансформатором у навантаження, повинна супроводжуватися зміною потужності, споживаної трансформатором від мережі. Цей взаємозв'язок встановлюється через рівняння магнітного стану трансформатора.

Струм первинної обмотки i₁ індуктує в сердечнику потік Ф₁, струм вторинної обмотки i₂ створює потік Ф₂, що за правилом Ленца спрямований проти потоку Ф_1, тобто струм вторинної обмотки прагне розмагнітити магнитопровід. Таким чином загальний потік Ф=Ф₁-Ф₂. Однак зменшення потоку Ф викличе, згідно виразу, зменшення індуктованої ним E₁, що в свою чергу викличе збільшення струму i₁ відповідно до виразу , так як напруга на первинній обмотці залишається постійною. Струм i₁ буде збільшуватися до тих пір, поки потік Ф не досягне свого первісного значення.

Будь-яка зміна вторинної сили струму викликає відповідну зміну первинної сили струму, але практично не впливає на амплітуду і характер змін з часом основного потоку Ф. Отже, поки не змінюється первинна напруга U₁ трансформатора залишається практично постійною і амплітуда основного потоку Ф_m, що характерне для робочого режиму силового трансформатора.

Так як основний магнітний потік в трансформаторі практично не залежить від навантаження, то можна записати рівняння

,

Основний потік дорівнює векторній сумі потоків від первинного і вторинного струмів трансформатора та фактично дорівнює потоку, що індуктує струм холостого ходу.

Так як потоки синусоїдальні, то від рівняння потоків можна перейти до рівняння намагнічуючих сил

Рівняння намагнічуючих сил можна перетворити в рівняння струмів, розділивши всі члени рівняння нa W1

, позначивши , що називається наведеним вторинним струмом. Остаточно одержимо

Відповідно до останнього рівняння, струм, який споживається трансформатором від мережі має 2 складові: складова створює робочий потік в сердечнику і компенсує втрати в сталі, складова (навантажувальна складова) компенсує розмагнічуючу дію на сердечник струму вторинної обмотки і забезпечує надходження до трансформатору від мережі потужності, яка віддається в навантаження.

При збільшенні вторинного струму від нуля первинний струм буде зростати, починаючи зі струму холостого ходу. При повному навантаженні первинний струм досягає такого значення, при якому струм холостого ходу складає лише кілька відсотків первинного струму; тому при повному навантаженні в наближених розрахунках можна знехтувати струмом холостого ходу і вважати, що

.

2. Зовнішня характеристика трансформатора

При зміні навантаження трансформатора напруга на затискачах вторинної обмотки U також змінюється. Коливання напруги U зі зміною навантаження характеризуються так званою процентною зміною напруги:

Це досить важлива характеристика, вона показує нестабільність вторинної напруги при коливаннях навантаження.

Величину можна визначити і аналітично за паспортним даними:

де - коефіцієнт навантаження.

Отриманий вираз можна перетворити, якщо використати складові напруги U_K%:

U_KA% = U_K%cos _K; U_KA% = U_K%sin _K

звідси видно, що процентна зміна напруги пропорційна навантаженню і її коефіцієнту потужності.

Знаючи величину U% неважко визначити напругу на навантаженні:

Залежність U₂=f(I₂) (або U =f( )), яка визначена при U1=U₂ном і ₂ = const, одержала назву зовнішньої характеристики трансформатора (рис. 7.6).

Графічно залежність U₂ ⁼f(I₂) являє собою пряму, нахил якої залежить від характеру навантаження.

На практиці для підтримки напруги U використовують різні пристрої (перемикачі, ковзні контакти, індукційні регулятори).

Контрольні питання:

1. Що означає режим роботи трансформатора під навантаженням?

2. Що таке наведений вторинний струм?

3. Як будується зовнішня характеристика трансформатора?

4. Як визначити коефіцієнт навантаження?

5. Як визначити процентну зміну напруги?

3