14. Внешняя характеристика трансформатора. Изменение напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

При увеличении тока нагрузки трансформатора напряжение U₂ на зажимах вторичной обмотки обычно понижается. Отклонение величины U₂ от напряжения холостого хода U₂₀ при U₁=const характеризуют процентным изменением напряжения:

= , -коэффициент нагрузки, -фазовый сдвиг тока и напряжения нагрузки

k₁₂= -коэффициент трансформации

=

= , т.к. = (напряжение на выходных зажимах равно напряжению источника питания)

Внешняя характеристика выражает зависимость напряжения U₂ от тока нагрузки.

При колебаниях нагрузки в пределах 0< <1 напряжение на выходе трансформатора изменяется лишь на несколько процентов, что обеспечивает достаточную стабильность напряжения на приёмниках энергии. Отклонение напряжения на приёмнике от номинального весьма неблагоприятно отражается на его работе.

Напряжение на нагрузке может поддерживаться постоянным путём изменения числа витков одной обмотки. Число витков регулируется специальным переключателем после отключения трансформатора от питающей сети и нагрузки во избежание разрыва цепей с током или короткого замыкания отдельных витков обмотки.

Трансформаторы малой мощности имеют обычно небольшое поле рассеяния, в результате чего сопротивление короткого замыкания z_K определяется практически активным сопротивлением обмоток r_K=r₁+r₂^’. При этом u_KP=0 и u_K= u_KА=((r_KI_1H)/U_1H)100%

Изменение вторичного напряжения при полной нагрузке ( =1):

=r_K (I_1H/U_1H)100% Pом деляется практически активням сопротивлением обмоток зультате чего сопротивление короткого замыкания во избежание разрыва ц

Зависит только от активного сопротивления обмоток, т.е. от выбранного сечения проводов, из которого они выполнены.

15. Расчёт внешней характеристики трансформатора в зависимости от характера нагрузки и .

Внешняя характеристика выражает зависимость напряжения U₂ от тока нагрузки.

При колебаниях нагрузки в пределах 0< <1 напряжение на выходе трансформатора изменяется лишь на несколько процентов, что обеспечивает достаточную стабильность напряжения на приёмниках энергии. Отклонение напряжения на приёмнике от номинального весьма неблагоприятно отражается на его работе.

Напряжение на нагрузке может поддерживаться постоянным путём изменения числа витков одной обмотки. Число витков регулируется специальным переключателем после отключения трансформатора от питающей сети и нагрузки во избежание разрыва цепей с током или короткого замыкания отдельных витков обмотки.

16. Расчёт кпд трансформатора, потери энергии и нагрев трансформатора в функции коэффициента нагрузки .

Преобразование э/э в трансформаторе сопровождается потерями на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей:

P₁=U₁I₁cos =P₂+p_Э1+p_C+p_Э2

P₁ – активная мощность первичной обмотки

P₂ - активная мощность, переданная со вторичной обмотки в нагрузку

p_Э1 – мощность потерь в первичной обмотке

p_C – мощность потерь в сердечнике на гистерезис и вихревые токи

p_Э2 – мощность потерь во вторичной обмотке

P_ЭМ=E₁I₁cos - э/м мощность (характеризует интенсивность передачи энергии из первичной обмотки во вторичную)

Уравнение теплового баланса:

p_C+p_Э=Nk_T , N-общая поверхность охлаждения, k_T-коэффициент теплоотдачи, -температура перегрева относительно окружающей среды.

Конструкция трансформатора должна обеспечивать достаточное охлаждение всех его частей, чтобы при высокой температуре не возникали электрический пробой изоляции и короткое замыкание витков обмоток.

КПД трансформатора определяется при активной нагрузке:

КПД трансформатора очень высок (0,95-0,995). Определяют его расчётным путём по паспортным данным трансформатора, т.е. по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Рассмотрим каждую из составляющих мощности P₁=P₂+p_C+p_Э.

При постоянстве напряжения питающей сети U₁ и частоты f амплитуда магнитного потока Ф_m практически не зависит от величины нагрузки. Поэтому потери в стали при нагрузке равны потерям холостого хода:

p_C=P_X=const потери в обмотках p_Э можно определить по мощности короткого замыкания P_K. При любой нагрузке: p_Э=r_KI₁²=(I₁²/I_1H²)r_K I_1H²= S_H

Получим: Выведенное уравнение определяет зависимость КПД трансформатора от коэффициента нагрузки . Функция ( ) имеет максимум при КПД достигает максимального значения, когда , т.е. когда постоянные потери в стали становятся равными переменным потерям в меди.