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 R_H і реактивний Х_н опори. Тому струм цієї обмотки

і його вектор І₂ зсунуті за фазою відносно Е₂ на кут

Вектор R₂I₂ паралельний вектору І₂; вектор -Е_2роз 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 = Е₂+Е_2роз-І₂R₂.

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 R_lI_l є паралельним вектору І_г, вектор -Е_1роз заміню­ється спадом напруги на індуктивному опорі Х_г (як і на рис. 8.39) і цей вектор є перпендикулярним вектору Іу.

Отримано зокрема кут ф_х - зсув за фазою між І і U_1г який залежить і від величини і характеру навантаження, і від пара­метрів трансформатора; фазовий зсув ф_н між І₂ і Ц₂ залежить тільки від характеру навантаження.

Примітка: вектори R₁L₁,-Е_1роз, R₂I₂ і -E_2роз на діаграмі дещо перебільшені - реально вони не перевищують кількох відсотків від u_г 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; ф_х - зсув фаз Ді і І_г

Із вторинної обмотки навантаженню віддається активна потужність

де соsφ - коефіцієнт потужності навантаження;

Корисна потужність Р₂ менше затраченої Р_г, 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 Р_м = Ф_т² (8.52). Тому втрати Р_м можна вважати постійними, тобто незалежними від струму навантаження трансформатора, адже в робочому діапазоні навантаження амплі­туда потоку Ф_т=соst (9.11), (9.12). У той же час величина Р_м 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 n_ном може знаходитися в межах 0,9...0,995, зростаючи з одночасним підвищенням S_Н0М 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 u_к у відсотках (9.34), а також втрати потужності в цьому режимі Р_к.

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 U_lK приходиться на внутрішній опір обмоток трансформатора Z_K. При НХ струм у первинній обмотці дуже малий, а у вторинній обмотці відсутній. Тому внутрішнім спадом напруги на опорі Z_K 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-U_k.