1.19. Внешняя характеристика трансформатора

При колебании нагрузки трансформатора его вторичное напряжение изменяется вследствие падения напряжения в обмотках.Изменение вторичного напряжения трансформатора при изменении нагрузки от холостого хода до некоторой величины выражается в долях единицы или процентах следующим образом:

. Изменение вторичного напряжения можно вычислить через величину и характер нагрузки:

, где–коэффициент нагрузки; – угол нагрузки;– напряжение короткого замыкания трансформатора,и– его активная и реактивная составляющие. Внешний вид этих зависимостей показан нарисунке 1.17.

Внешняя характеристика трансформатора – зависимость вторичного напряжения от нагрузки:

.

Вид внешней характеристики показан на рисунке.

Рис. 1.17. Пример зависимостей изменения вторичного напряжения от величины и характера нагрузки . Пример зависимости напряжения от угла нагрузкии внешняя характеристика.

1.20. Потери и кпд трансформатора

При трансформации электрической энергии часть ее расходуется на покрытие потерь, которые разделяют на электрические и магнитные. Все потери носят активный характер.

Электрические потери обусловлены нагревом обмоток трансформатора при протекании по ним электрического тока и определяются суммой электрических потерь в первичной и вторичной обмотках:

, где– число фаз в обмотках трансформатора (обычно 1 или 3);– потери короткого замыкания при номинальной нагрузке.

Электрические потери называют переменными, поскольку они зависят от тока нагрузки (пропорциональны квадрату).

Магнитные потери возникают в магнитопроводе трансформатора из-за наличия в нем переменного магнитного потока. Этот поток вызывает в магнитопроводе два вида потерь: потери от вихревых токов в стали магнитопровода и потери от гистерезиса (перемагничивания), связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода:

.

Потери на гистерезис прямопропорциональны частоте перемагничивания (), а потери на вихревые токи – ее квадрату (). Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте в степени 1,3, т.е.. Поскольку частота токапостоянна, а величина магнитного потокапри нагрузке, не превышающей номинальную, практически не меняется, то магнитные потери считаютпостоянными, т.е. не зависящими от нагрузки. По этой причине магнитные потери практически равны потерям холостого хода .

Коэффициент полезного действия трансформатора – отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки(подводимая мощность):

, где– сумма потерь.

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трансформатора:

, где– количество фаз трансформатора;и– фазные напряжения и токи;– коэффициент мощности нагрузки;– коэффициент нагрузки.

Номинальная мощность трансформатора:

. В трехфазном трансформаторе

, гдеи– номинальные (линейные) напряжения и токи;и– номинальные фазные напряжения и токи.

Учитывая зависимость активной мощности на выходе трансформатора и потерь от нагрузки, получим выражение для расчета КПД:

или. КПД трансформатора зависит как от величины нагрузки, так и от ее характера (), см.рисунок 1.18. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке , при которой магнитные потери равны электрическим (), откуда

.

Рис. 1.18. Зависимость магнитных, электрических потерь и КПД от относительного вторичного тока нагрузки.

В современных силовых трансформаторах и максимальное значение КПД соответствует нагрузке.