Электромагнитные устройства и электрические машины. Электрические трансформаторы. Информационные электрические машины. Информационные микромашины и синхронные микродвигатели, страница 5

Векторная диаграмма позволяет анализировать,  как изменение нагрузки трансформатора, то есть параметры r¹ и x¹   и определяемые ими вторичный ток, влияют на параметры  режима работы трансформатора первичный ток, первичную мощность, коэффициент мощности,  кпд и напряжение на нагрузке .

Характерной особенностью работы трансформатора во всех рабочих режимах, от холостого хода до допустимых перегрузок при неизменном питающем трансформатор напряжении, является неизменность основного потока Ф  , а , значит , и неизменность тока I₀  и его составляющих I_M  и I_A.

П3 Характеристики короткого замыкания

Характеристиками короткого замыкания называют зависимости первичного тока и мощности трансформатора от первичного напряжения снятые в условиях короткого замыкания вторичной обмотки .

Так как в этом режиме номинальный ток достигается уже при весьма малых напряжениях первичной обмотки, то магнитная цепь трансформатора не насыщена и потерями в стали можно пренебречь.(4) Напряжение, при котором в режиме короткого замыкания достигается номинальный ток обмоток, называется напряжением короткого замыкания.  Для трансформаторов средней мощности напряжение короткого замыкания составляет 3-5 процентов от номинального. Потери в стали меньше, чем в номинальном режиме, в сотни раз. Из-за линейности магнитной характеристики зависимость первичного тока от первичного напряжения линейна. Считается, что все потери в трансформаторе определяются потерями в меди. Так как потери на нагревание обмоток зависят от напряжения в квадрате, то зависимость мощности трансформатора от первичного  напряжения имеет параболический характер. (5)

П4 Внешняя характеристика трансформатора

Арифметическая разность между вторичным напряжением при холостом ходе и вторичном напряжении при  фиксированном токе  нагрузке и заданном коэффициенте мощности называется изменением напряжения трансформатора    (6)

Обычно эту величину выражают в процентах от вторичного  напряжения   при холостом ходе. 

Если пренебречь током холостого хода, представляющим незначительную величину, то  на эквивалентной схеме (рисунок 3  )  этому будет соответствовать обрыв намагничивающего контура с током I₀ .  Векторная разность между   ,являющимся в данных условиях  напряжением холостого хода вторичной обмотки приведенного трансформатора и напряжением на вторичной обмотке при некотором токе нагрузки   будет определяться  формулой

 Проекция этого вектора на вектор напряжения  определит  абсолютную величину  изменения напряжения вторичной обмотки.

Так как   то имеется возможность  установить зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки и коэффициента мощности трансформатора.

Зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки в условиях постоянства первичного напряжения и коэффициента мощности называется внешней характеристикой трансформатора.  (7) На рисунке 7  представлена внешняя характеристика трансформатора  имеющая три процента изменения напряжения при номинальном токе нагрузки и коэффициенте мощности равном единице.

Рис.7 Внешние характеристики трансформатора

П5 Коэффициент полезного действия трансформатора

В номинальном режиме потери в трансформаторе рассчитывают как сумму потерь режима короткого замыкания с номинальным током обмоток и режима холостого хода с номинальным напряжением первичной обмотки.   (8) В  режиме с произвольным током нагрузки и номинальным напряжением первичной обмотки потери в стали считают равными потерям холостого хода при номинальном напряжении а потери в меди потерям короткого замыкания при данном токе нагрузки.

Обычно кпд трансформатора определяют косвенным методом по известным потерям в режимах короткого замыкания и холостого хода

  . (9)

Здесь  мощность нагрузки а  потери в режиме данной мощности.

Вопросы для самоконтроля.

1.Какие характеристики называют характеристиками холостого хода трансформатора?(1) Какой вид они имеют? (2)

2. Постройте векторную диаграмму трансформатора под нагрузкой.(3)

3. Какими потерями можно принебречь в режиме короткогозамыкания трансформатора? (4)