7. Эксплуатационные характеристики трансформатора

1.7.1. Работа трансформатора под нагрузкой

Напряжение на зажимах первичной обмотки трансформатора обычно поддерживается постоянным и практически не зависит от нагрузки. Под действием этого напряжения возникает поток, величину которого можно определить из соотношения

(1.44)

Этот поток наведет во вторичной обмотке э.д.с., которая уравновешивается напряжением U₂

U₂4,44f N₂Ф_m (1.45)

Когда к трансформатору подключается нагрузка в его вторичной цепи возникает ток I₂. Следовательно, появляется еще одна намагничивающая сила I₂N₂. Согласно формуле (1.44) амплитуда потока в сердечнике определяется действующим значением приложенного напряжения U₁, которое от нагрузки не зависит, следовательно и амплитуда магнитного потока изменяться не может. В то же время поток определяется напряженностью магнитного поля, которая по закону полного тока равна

(1.46)

В режиме холостого хода i₂=0 и поток создается только током холостого хода, которому соответствует та же по величине Н.

(1.47)

Совместное решение уравнений (1.46) и (1.47) позволяет получить основное уравнение трансформатора

N₁i₁₀=N₁i₁+N₂i₂ (1.48)

Уравнению 1.48 соответствуют диаграммы рис.1.22.

Рис.1.22. Диаграммы намагничивающих сил в трансформаторе

Согласно уравнению (1.48) всякое изменение вторичного тока вызывает соответствующее изменение первичного, в то же время величина намагничивающей силы, а следовательно и магнитный поток остаются постоянными. Намагничивающая сила вторичной обмотки действует размагничивающе по отношению к намагничивающей силе первичной обмотки.

1.7.2. Расчет изменения вторичного напряжения по данным каталога

С изменением нагрузки трансформатора напряжение U₂ на зажимах вторичной обмотки не остается постоянным, а изменяется. Изменение вторичного напряжения U₂ обозначается через  u₂% и выражают в процентах от U_2Н

u₂%= (1.49)

где U_2Н – номинальное значение вторичного напряжения.

Расчет изменения вторичного напряжения по этой формуле затруднителен поскольку значения U₂ требуется измерять или рассчитывать при изменении нагрузки. Значения изменения этого напряжения у высоковольтных трансформаторов соизмеримы с погрешностями измерительных приборов, а так же измерение высоких напряжений требует дополнительного оборудования, которое вносит дополнительные погрешности в процесс измерения. Поэтому изменение вторичного напряжения обычно рассчитывают по данных каталогов на трансформаторы. В этом случак используют формулу, приводимую в справочниках

 u₂%=(u_kacos_H+ u_kpcos_H) (1.50)

в этой формуле:

(1.51) – коэффициент нагрузки трансформатора;

_H – угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки, определяется характером нагрузки;

u_кa – процентное значение активной составляющей напряжения короткого замыкания;

u_кp – процентное значение реактивных составляющих напряжения короткого замыкания.

Следовательно для расчета u₂% надо по данным каталога на трансформаторы рассчитать I_1H, u_кa, u_кp.

Номинальный ток трансформатора определим как

I_1H= (1.52)

Для определения остальных параметров используем схему замещения трансформатора в режиме короткого замыкания (рис.1.20).

Значение u_кa является падением напряжения на активных сопротивлениях обмоток трансформатора, значение u_кр – на реактивных. Для их определения определим коэффициент мощности этой схемы

cos_к = (1.53)

где полная мощность, потребляемая трансформатором в режиме короткого замыкания, определяется через каталожные данные

S_K= (1.54)

значение Р_К берется из каталога.

Определив sinj_H = , (1.55)