12 Векторна діаграма навантаженого реального трансформатора

Побудова векторної діаграми зручніше починати з вектора основного потоку Ф. Відкладемо його по осі абсцис. Вектор I10 випереджає його на кут a. Далі будуємо вектори ЕРС Е1 і Е2 '. які відстають від потоку Ф на 90 °. Для визначення кута зсуву фаз між E2 'і I2' слід знати характер навантаження. Припустимо, вона - активно-індуктивна. Тоді I2 'відстає від E2' на кут f2.

Вийшла так звана заготівля векторної діаграми (рис. 1.). Для того щоб добудувати її, необхідно скористатися трьома основними рівняннями приведеного трансформатора.

Скористаємося другим основним рівнянням:

і зробимо складання векторів.

Для цього до кінця вектора E2 'влаштуємо вектор - j I2' x2 ', а до його кінця - вектор - I2' r2 '. Результуючим вектором U2 'буде вектор, який з'єднує початок координат з кінцем останнього вектора.

Тепер використовуємо третя основна рівняння

з якого видно, що вектор струму I1 складається з геометричної суми векторів I10 і - I2 '. Зробимо це підсумовування і добудуємо векторну діаграму.

Тепер повернемося до першого основного рівняння:

Щоб побудувати вектор - Е1. потрібно взяти вектор + Е1 і направити його в протилежну сторону.

Тепер можна складати з ним і інші вектори: + j I1 x1 і I1 r1. Перший буде йти перпендикулярно току, а другий - паралельно йому. В результаті отримаємо сумарний вектор u1.

Побудована векторна діаграма має загальний характер. За цією ж методикою можна здійснити її побудову як для різних режимів, так і для різних характерів навантаження.

Векторна діаграма трансформатора при холостому ході

Векторна діаграма трансформатора:

а - при активно-індуктивному навантаженні, б - при ємнісний навантаження

13 Автоматичне саморегулювання трансформатора.

Слід, що при збільшенні навантаження струм I2 зростає, т.к.I0 постійний, це означає, що автоматично возрастаетI1 первинної обмотки.

Їх спільна дія таке, що у всіх режимах магнітний потік в сердечнику залишається постійним. У цьому полягає автоматичне саморегулювання трансформатора.

14 Зовнішня характеристика трансформатора.

Зовнішня характеристика - це залежність напруги на висновках трансформатора від струму, що протікає через навантаження, підключену до цих висновків, тобто залежність U2 = f (I2) при U1 = const. При зміні навантаження (струму I2) вторинна напруга трансформатора змінюється. Це пояснюється зміною падіння напруги на опорі вторинної обмотки I2 'z2 і зміною ЕРС E2' = E1 за рахунок зміни падіння напруги на опорі первинної обмотки.

Причому, оскільки рівняння (1.27) векторні, U2 залежить як від значення навантаження, так і її характеру: активного, індуктивного або ємнісного. Значення навантаження в трансформаторах визначають коефіцієнтом навантаження:

характер навантаження - кутом 2 зсуву по фазі вторинних напруги і струму.

Точний розрахунок зовнішньої характеристики можна виконати за схемою заміщення (рис. 1), змінюючи zн і визначаючи U2 і I2.

Однак на практиці часто користуються формулою

де U20 - вторинна напруга при холостому ході;

U2 -вторинну напруга при даному навантаженні;

a Δu - зміна вторинної напруги, тобто арифметична різниця між напругою х.х. і напругою при даному навантаженні в процентах від напруги х.х.

Значення Δu розраховують за спрощеним виразом, яке можна отримати зі схеми заміщення трансформатора при певних припущеннях:

Вхідні в вираз (1.32) величини uка і Uкр - це активна і реактивна складові напруги короткого замикання (к.з.) Uк. Напруга Uк визначається як відношення напруги Uк. при якому проводиться досвід к.з. до номінальної напруги U1ном в процентах. Під час експерименту к.з. вторинну обмотку трансформатора замикають накоротко (zн = 0), а до первинної підводять таке знижена напруга Uк. при якому по обмотках струми протікають номінальні. Під час експерименту к.з. напруга живлення врівноважується в основному падінням напруги в обмотках, і величину Uк можна розглядати як еквівалентну падіння напруги в обмотках при номінальному струмі навантаження. У силових трансформаторах і трансформаторах харчування малої потужності значення Uк становить 5-15%, причому великі значення відносяться до трансформаторів меншої потужності. Конкретні значення Uк наводяться у відповідних каталогах. Значення uка і Uкр або визначаються експериментально в досвіді к.з. або розраховуються через параметри схеми заміщення.

Зовнішні характеристики, побудовані по (1.31) і (1.32), представлені на рис. 2, a. Як видно, характеристики лінійні і жорсткі. Жорсткість характеристик, тобто слабка залежність функції (U2) від аргументу (Kн), пояснюється тим, що опір обмоток невелика (Uк ≈5-15%), а основний магнітний потік мало залежить від навантаження. При активній (φ2 = 0) і активно-індуктивному (φ2> 0) навантаженні характеристики завжди падаючі, при активно-ємнісний (φ2 <0) нагрузке могут быть возрастающими (в формуле (1.32) член uкр sinφ2 становится отрицательным). В трансформаторах небольшой мощности активное падение напряжения обычно больше, чем индуктивное, и характеристика при активной нагрузке менее жесткая, чем при активно-индуктивной (рис. 2, а). В трансформаторах большой мощности соотношение падений напряжения противоположное и характеристика при активной нагрузке будет более жесткой.