Внешняя характеристика трансформатора

Внешней характеристикой трансформатора называют зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока нагрузки при постоянном напряжении на первичной обмотке.

Вид и параметры внешней характеристики зависят от характера нагрузки. При активно-емкостной нагрузке ( ) напряжение на выходе трансформатора может увеличиваться с увеличением тока. При других видах нагрузки (активной или активно-индуктивной ) напряжение на выходе всегда уменьшается с ростом тока.

Причину этого явления поясняет векторная диаграмма на рисунке б). Здесь видно, что при постоянном токе вторичной обмотки и изменении характера нагрузки будет изменяться угол между векторами и . При этом треугольник векторов и будет вращаться вслед за вектором относительно точки конца вектора , а т.к. вектор напряжения на нагрузке равен разности между и вектором, образующим гипотенузу треугольника - , то конец будет перемещаться по дуге окружности и, начиная с некоторого значения , его модуль станет больше модуля .

Приближенно относительное изменение напряжения определяется как , где – коэффициент нагрузки трансформатора; – номинальные значения токов и напряжения; – активное и индуктивное сопротивления режима короткого замыкания.

Потери и КПД

В отличие от других типов электрических машин трансформаторы нормируются не по активной а по полной мощности. Это связано с тем, что габариты трансформаторов в основном определяются номинальным напряжением и номинальным током. Ток определяет сечение проводов обмоток, а напряжение – размеры магнитопровода. Поэтому паспортной величиной трансформатора является номинальная полная мощность

Уравнение баланса активной мощности в трансформаторе можно записать в виде , где активные мощности соответственно – потребляемая из сети, отдаваемая в нагрузку, мощность потерь в первичной обмотке, мощность потерь во вторичной обмотке и мощность потерь в магнитопроводе.

Мощность потерь в магнитопроводе зависит от величины основного магнитного, а т.к. при постоянном напряжении сети поток также постоянен, то эти потери не зависят от нагрузки и обычно составляют 1-2% номинальной мощности.

Потери в обмотках определяются током нагрузки. В первом приближении , поэтому мощность потерь в обмотках можно определить как . Следовательно, при номинальной нагрузке трансформатора мощность потерь в обмотках равна мощности, потребляемой трансформатором в опыте короткого замыкания.

Преобразование энергии в трансформаторе можно представить графически в виде энергетической диаграммы.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением мощности отдаваемой в нагрузку к потребляемой активной мощности . КПД трансформатора зависит от нагрузки и достигает максимума при коэффициенте нагрузки около 0,5-0,7. Типичная зависимость приведена на рисунке.