Трансформатори. Призначення і будова трансформатора. Принцип дії трансформатора. Рівняння напруг і струмів в обмотках трансформатора, страница 3

Вторинна обмотка має активний R2 і індуктив­ний Х2 опори, останній спричинюється її потоком розсіювання. Навантаження (рис. 9.2) також має активний RH і реактивний Хн опори. Тому струм цієї обмотки

і його вектор І2 зсунуті за фазою відносно Е2 на кут

Вектор R2I2 паралельний вектору І2; вектор -Е2роз замінюється спадом напруги Х2І2 на індуктивному опорі Х2 (як і на рис. 8.39) і цей вектор перпендикулярний вектору І2. З урахуванням остан­нього і на підставі (9.19) будується вектор напруги вторинної обмотки U2 = Е22роз2R2.

На основі рівнянь струмів (9.16) або (9.20) будуємо вектор пер­винного струму І (співвідношення довжин векторів підпорядковані вже прийнятому 1,73).

За рівнянням (9.18) будуємо вектор первинної напруги при­чому вектор RlIl є паралельним вектору Іг, вектор -Е1роз заміню­ється спадом напруги на індуктивному опорі Хг (як і на рис. 8.39) і цей вектор є перпендикулярним вектору Іу.

Отримано зокрема кут фх - зсув за фазою між І і U який залежить і від величини і характеру навантаження, і від пара­метрів трансформатора; фазовий зсув фн між І2 і Ц2 залежить тільки від характеру навантаження.

Примітка: вектори R1L1,-Е1роз, R2I2 і -E2роз на діаграмі дещо перебільшені - реально вони не перевищують кількох відсотків від uг і u2.

6. Потужності і втрати потужності у трансформаторі

Із живильної мережі на первинну обмотку трансформатора (див. рис. 9.2 і 9.3) надходить електрична енергія з активною потужністю

де соsφ - коефіцієнт потужності трансформатора; фх - зсув фаз Ді і Іг

Із вторинної обмотки навантаженню віддається активна потужність

де соsφ - коефіцієнт потужності навантаження;

Корисна потужність Р2 менше затраченої Рг, а саме:

тому що процес передачі енергії супроводжується втратами потужності в обмотках і осерді:

Потужність електричних втрат у двох обмотках

Перетворимо (9.25) з урахуванням співвідношення струмів:

звідки видно, що електричні втрати потужності пропорційні струму вторинної обмотки в квадраті.

У такому випадку

Магнітні втрати потужності в сталі осердя були розглянуті (8.49) і вони складаються із втрат потужності на гістерезис і вихрові струми:

Відомо, що магнітні втрати потужності породжуються змінним магнітним потоком, причому Рм = Фт2 (8.52). Тому втрати Рм можна вважати постійними, тобто незалежними від струму навантаження трансформатора, адже в робочому діапазоні навантаження амплі­туда потоку Фт=соst (9.11), (9.12). У той же час величина Рм зале­жить від прикладеної напруги; якщо урахувати (9.13), то

Загальний енергетичний рівень трансформатора оцінюється його повною номінальною потужністю

Коефіцієнт корисної дії (ККД) трансформатора

його номінальне значення nном може знаходитися в межах 0,9...0,995, зростаючи з одночасним підвищенням SН0М і габаритів трансформаторів.

7. Зміна напруги на затискачах вторинної обмотки трансформатора при навантаженні

Зовнішню характеристику трансформатора U2(S), яка зобра­жена на рис. 9.8, можна отримати розрахунковим шляхом, вико­ристовуючи паспортні дані трансформатора, де звичайно приво­диться напруга КЗ uк у відсотках (9.34), а також втрати потужності в цьому режимі Рк.

З урахуванням цього напруга короткого замикання

і фазовий зсув (рис. 9.9) між цією напругою і струмом при КЗ із (9.21)

враховано, що дослідне КЗ проводиться при номінальному струмі первинної обмотки).

При КЗ напруга UlK приходиться на внутрішній опір обмоток трансформатора ZK. При НХ струм у первинній обмотці дуже малий, а у вторинній обмотці відсутній. Тому внутрішнім спадом напруги на опорі ZK можна знехтувати і напруга вторинної обмотки U20 виявиться найбільшою. Зі збільшенням струму навантаження вторинна напруга U2 змінюється, тому що вказаний внутрішній спад напруги зростає, і тоді U2 = U20-Uk.