2.2. Режимы работы трансформатора

Возможны три режима работы трансформатора:

1. Режим холостого хода, когда:

.

2. Режим короткого замыкания, когда: .

3. . Нагрузочный режим, когда:

.

Вследствие большой индуктивности первичной обмотки ток холостого хода мал (3–10 %) I_1н. Поэтому, пренебрегая мощностью потерь в активном сопротивлении первичной обмотки, можно сказать, что трансформатор потребляет мощность, равную мощности потерь в стали: .

Мощность потерь в стали определяется магнитным потоком , а так как последний лишь незначительно зависит от нагрузки (тока ), то мощность потерь в стали будет практически постоянной в любом трансформаторе:

,

где: - коэффициент мощности трансформатора при холостом ходе.

Из опыта холостого хода можно определить коэффициент трансформации:

.

Если к трансформатору подводить регулируемое напряжение , то можно снять характеристику холостого хода: =f (). Эта характеристика (рис. 75) подобна кривой намагничивания стали.

Рисунок 75. Характеристика холостого хода ().

Если мощность потерь в стали при постоянна в любом режиме работы трансформатора, то мощность потерь в меди переменна. Вводя понятие коэффициента загрузки:

,

можно выразить мощность потерь в меди формулой:

.

При (холостой ход) .

При (номинальная нагрузка или опыт короткого замыкания) . Зависимости и показаны на рис. 76.

Рисунок 76. Зависимости мощностей потерь в стали Р_С, меди Р_М и КПД от нагрузки: , ,

При работе трансформатора в нагрузочном режиме к первичной обмотке проводится номинальное напряжение , а вторичная обмотка замкнута на сопротивление нагрузки .

Потребляемая активная мощность трансформатора:

,

где: - коэффициент мощности трансформатора.

Отдаваемая активная мощность трансформатора:

,

где: - коэффициент мощности приёмника энергии, подключённого ко вторичной обмотке трансформатора.

Коэффициент полезного действия трансформатора:

.

Зависимость показана на рис. 76.

В серийных трансформаторах обычно потери в стали в 2-3 раза меньше, чем номинальные потери в меди, т.е.:

.

С ростом нагрузки потери в меди в меди увеличиваются и при .

КПД имеет максимальное значение. При дальнейшем росте нагрузки КПД снижается. Номинальный КПД трансформатора имеет значение: .

2.3. Внешняя характеристика трансформатора

Важнейшей характеристикой трансформатора является его внешняя характеристика (рис. 77), представляющая собой зависимость вторичного напряжения от тока нагрузки при неизменных значениях первичного напряжения , частоты ƒ=const и неизменной нагрузки .

Рисунок 77. Внешняя характеристика трансформатора

Согласно уравнению (2), вторичное напряжение снижается с увеличением нагрузки из-за увеличения активного и индуктивного падения напряжения во вторичной обмотке трансформатора.

Нелинейность внешней характеристики объясняется изменением результирующего магнитного потока с увеличением нагрузки. Кривые 1 и 2 (см. рис.77) соответствуют различным значениям коэффициента мощности нагрузки. Если кривой 1 соответствует , то кривой 2 соответствует .

При ёмкостном характере нагрузки напряжение может возрастать с увеличением нагрузки (кривая 3).