I1	I1	I 2	w2	,
0			w1

где w2 – обратная величина коэффициента трансформации К. w1

Обозначим

I 2	w2	I 2	,
	w
	1

где I 2 – приведенное значение тока во вторичной обмотке. Учитывая вышесказанное, уравнение токов имеет вид

I1 I10 I2 .

На основании последнего уравнения и двух уравнений равновесия приведенного трансформатора можно построить векторную диаграмму нагруженного трансформатора.

10.3.4. Внешняя характеристика трансформатора

Внешняя (вольт-амперная) характеристика трансформатора – это зависимость напряжения U2 на выходе трансформатора от тока вторичной обмотки I2 при постоянном напряжении на входе (U1 = const) и постоянном коэффициенте мощности нагрузки (cos нагр = const).

У реального трансформатора при обычной активно-индуктив- ной нагрузке напряжение U2 уменьшается с ростом тока I2 за счет имеющихся ЭДС рассеяния и падений напряжения на активных сопротивлениях первичной и вторичной обмоток. Однако для различного характера нагрузки (> 0; < 0; = 0) падение напряжения на вторичной обмотке может быть различным.

Внешняя характеристика трансформатора представлена на рис. 80, а. На рис. 80, б представлена внешняя характеристика трансформатора для различного характера нагрузки: 1 – для активной нагрузки ( = 0); 2 – для активно-индуктивной нагрузки ( 2 > 0); 3 – для активно-емкостной нагрузки ( 2 < 0).

129

а

б

U2

U2

U2

U 2

0

U 2

3

0

1

2

I2

кз

I2ном

1

Рис. 80

Для обычных трансформаторов коэффициент загрузки К3 берется от 0 до 1,3, т. е. перегружать трансформатор более, чем на 30 не допускается.

				Кз		I2	= (Кнг).
						I2ном
	Потери напряжения в трансформаторе								U2 зависят как от ве-
	личины нагрузки (I2) и ее характера ( 2), так и от сопротивлений об-
	моток трансформатора Rк			и xк.
		U 2		кз I2ном Rк cos				2	xкsin 2
	Потери напряжения удобнее определять в относительных еди-
	ницах
	u	U2	100 %		кз Uк.а cos			2	Uк.р sin 2 ,
		U1н

где Uк.а и Uк.р активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания трансформатора.

10. 3. 5. Коэффициент полезного действия трансформатора

Коэффициент полезного действия трансформатора – это отношение мощности, потребляемой приемником, к мощности, подводимой к трансформатору от источника электроэнергии.

130

		P2			P2		,
		P		P	P	P
	1		2		м	ст
где P1 = U1I1	cos 1 – подводимая к трансформатору мощность;
P2 = U2 I2 cos	2 – отдаваемая трансформатором мощность.

Обычно потери мощности в трансформаторе P1 – P2 = P составляют 1–5 % от номинальной мощности. Эти потери разделяются на два вида:

–потери в стали сердечника;

–потери в меди обмоток, затраченные на нагрев.

Потери в стали сердечника постоянны для данного типа трансформатора и не зависят от нагрузки. Они зависят от материала (частоты перемагничивания), формы и конструкции сердечника (величины вихревых токов). Для уменьшения потерь в стали сердечник делается шихтованным. У большинства трансформаторов Pст менее 1 % от номинальной мощности. Эти потери определяются в опыте холостого хода, и в паспорте трансформатора указывают их номинальное значение.

Потери в меди обмоток растут с увеличением тока нагрузки, они пропорциональны квадрату тока в обмотках, определяются в опыте короткого замыкания и также указываются в паспорте трансформатора.

Если учесть коэффициент загрузки трансформатора кз, то коэффициент полезного действия выражается следующей формулой

				кз Sнcos			2			.
								2
к	з	S	н	cos	2	P	к		P
						мн		з	стн

В отличие от других приемников трансформаторы нормиру-

ются не по активной, а по полной мощности (Sн = U1н I1н), так как размеры трансформатора при данной частоте определяются в основном номинальным напряжением и номинальным током.

Номинальный ток определяет сечение проводов обмоток, а от номинального напряжения зависит величина магнитного потока в сердечнике, следовательно, и размеры магнитопровода.

131

Кривая КПД трансформатора представлена на рис. 81, а, б.

а	%	б	%

Pм = Pст

max н

								кз
				P2
						0,2	1
0,7Pн		Pн

Рис. 81

Падение КПД трансформатора при нагрузке, большей, чем 0,7–0,8P2ном объясняется значительным увеличением потерь в меди обмоток, а максимум КПД трансформатора получается при равенстве потерь в меди обмоток и в стали сердечника трансформатора.

Из зависимости = f (кз) (рис. 81, б) видно, что КПД трансформатора мало меняется при 0,2 < кз < 1. У трансформаторов большой мощности КПД достигает 98–99 %.

При проектировании трансформатора приходится учитывать, что трансформатор значительную часть времени может быть не полностью загружен. Поэтому трансформаторы обычно рассчитывают так, чтобы максимум КПД соответствовал нагрузке 0,7P2ном.

132