Режим работы трансформатора под нагрузкой

Вторичная обмотка трансформатора при этом опыте замыкается на некоторое переменное сопротивление нагрузки R _н, которое по характеру может быть активным, индуктивным, емкостным или, в общем случае, смешанным (в схеме рис.11.3 используется активное сопротивление).

Рисунок 11.3 - Схема испытания трансформатора при опыте

под нагрузкой

Из принципа действия известно, что при работе трансформатора под нагрузкой основной поток в его магнитопроводе Ф создается совместным действием МДС первичной I ₁ w ₁ и вторичной I ₂ w ₂ обмоток.

Если пренебречь падением напряжения в первичной обмотке, то приближенно можно считать, что магнитный поток в магнитопроводе трансформатора при условии U ₁ = const не зависит от нагрузки и мало отличается от потока при холостом ходе. Следовательно, для создания основного потока трансформатора при нагрузке нужна примерно такая же величина результирующей МДС, как при холостом ходе. При этом уравнение МДС в комплексном виде можно записать следующим образом:

(11.4)

Откуда

(11.5)

где – приведенный вторичный ток.

Следствием размагничивающего действия МДС вторичной обмотки является увеличение тока в первичной обмотке от значения I ₁₀ при холостом ходе до значения I ₁ при нагрузке.

Основные уравнения в комплексном виде для первичной и вторичной цепей, а также уравнение магнитодвижущих сил работающего трансформатора имеют вид:

, (11.6)

где U ₁ и U ₂ – действующие значения напряжений на первичной и вторич-

ной обмотках;

E ₁ и E ₂ – ЭДС самоиндукции и взаимной индукции первичной и вто-

ричной обмотках;

I ₁ и I ₂ – действующие значения токов в обмотках;

I ₁₀ – ток холостого хода в первичной обмотке;

– приведенный вторичный ток;

r ₁ и r ₂ – активные сопротивления первичной и вторичной обмоток;

x ₁ и x ₂ – индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной

обмоток, обусловленные потоками рассеяния Ф_S1 и Ф_S2.

При работе трансформатора под нагрузкой снимается внешняя характеристика. Зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при постоянных величинах подводимого напряжения U ₁, частоты f и коэффициенте мощности cosj ₂ вторичной обмотки называется внешней характеристикой трансформатора, т.е.

Внешняя характеристика трансформатора для случая активной нагрузки ( = 0) приведена на рис.11.4.

при чисто активной нагрузке

По внешней характеристике находится изменение вторичного напряжения трансформатора при переходе от холостого хода к нагрузке при U _1н = const:

, (11.7)

где U ₂₀ – напряжение на зажимах вторичной обмотки при холостом ходе;

U _2н – напряжение на зажимах вторичной обмотки при номинальной

нагрузке.

Коэффициент полезного действия вычисляется либо по данным непосредственных измерений (для трансформаторов малой мощности), либо по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

В первом случае:

(11.8)

где P ₂ – активная мощность, отдаваемая трансформатором в нагрузку;

P ₁ – мощность, потребляемая трансформатором из сети.

Во втором случае

(11.9)

где – активная мощность, отдаваемая трансформа-

тором в нагрузку (значения U _2н и I _2н берутся

из паспортных данных трансформатора);

P _ст – потери в стали магнитопровода трансформа

тора, которые определяются в опыте холосто-

го хода: P _ст = P ₀;

P _м – потери в меди обмоток трансформатора, оп-

ределяемые в опыте короткого замыкания:

P _м = P_к.

Текст составил

доцент Н.В. Руденко