Зовнішня характеристика трансформатора 1

Властивості трансформатора в робочому режимі характеризується залежністю вторинного напруги від навантаження і коефіцієнтом корисної дії (ККД).

Залежність вторинного напруги трансформатора від його навантаження при постійному номінальному напрузі первинної обмотки називається зовнішньої (навантаження) характеристикою.

При зміні навантаження змінюється струм і потужність, що віддається навантаженню,. Така зміна зручно оцінювати, ввівши поняття коефіцієнта навантаження

Тоді зовнішня характеристика це залежність вторинного напруги трансформатора від коефіцієнта навантаження, тобто,

Вид зовнішньої характеристики залежить від характеру навантаження, тобто від коефіцієнта навантаження () і знака кута навантаження (). При активній або активно-індуктивному навантаженні вторинна напруга зменшується з ростом навантаження, а при активно-ємнісний - збільшується (рис. 10). Відзначимо, що вторинна напруга при відсутності навантаження відповідає режиму холостого ходу, тобто, є номінальною напругою вторинної обмотки.

Мал. 10. Зовнішня характеристика трансформатора

Характеристика 1 - відповідає ємнісний навантаження трансформатора ().

Характеристика 2 - відповідає активному навантаженні трансформатора ().

Характеристика 3 - відповідає індуктивному навантаженні трансформатора ().

Зазвичай вторинна напруга оцінюють не за значенням напруги, а по відхиленню напруги від номінального значення. Воно називається зміною вторинної напруги і виражається в% від номінального.

- поточне значення напруги на вторинній обмотці.

Можна довести, що зміна напруги може бути виражено:

Проведемо нескладні перетворення, враховуючи, що

Отримуємо вираз для визначення процентного відхилення вторинного напруги:

де - кут навантаження, рівний

Тоді, знаючи зміна напруги і номінальні дані трансформатора, можна завжди розрахувати значення вторинної напруги:

З виразів (31) і (32) випливає лінійна залежність вторинного напруги від коефіцієнта навантаження, а також і стає зрозумілим, чому так виглядає зовнішня характеристика трансформатора при різному навантаженні (рис. 10).

Зовнішня характеристика трансформатора грає важливу роль при виборі режиму роботи трансформатора в конкретних умовах, а також для вибору самого трансформатора.

Зазвичай при незмінному первинному напрузі U1 коливання навантаження трансформатора викликають порівняно мале зміна вторинної напруги U2. Однак в умовах експлуатації електроустановок часто виникає необхідність підтримувати постійним вторинна напруга або змінювати його в певних межах. Для вирішення цього завдання змінюють ЕРС вторинної обмотки, діюче значення якої

ЕРС обмотки можна змінити шляхом зміни числа її витків або магнітного потоку. Найбільшого поширення набуло регулювання напруги за допомогою зміни числа витків. Для цього обмотки виконують з декількома відгалуженнями, кожне з яких відповідає певному числу витків. При перемиканні обмоток напруга змінюється ступенями. Обмотки ВН трансформаторів зазвичай мають п'ять відгалужень, які дозволяють змінювати вторинна напруга на ± 2,5% і 5% від номінального. При зміні числа витків первинної обмотки магнітний потік в магнітопроводі буде змінюватися.

Регулювальні відгалуження можуть бути зроблені як на первинному, так і на вторинній обмотках. Якщо трансформатор працює в умовах сталості первинної напруги, регулювальні відгалуження доцільно робити на вторинній обмотці. Якщо ж первинна напруга змінюється, регулювальні відгалуження доцільно робити на первинній обмотці, щоб при змінах первинної напруги ставлення залишалося б незмінним. В цьому випадку магнітний потік в магнітопроводі трансформатора буде залишатися незмінним, не збільшуючи втрат в сталі і намагнічує струму. При цьому співвідношення втрат в сталі і міді залишається незмінним і забезпечується найбільш вигідний ККД трансформатора.

Понижуючі силові трансформатори здебільшого працюють в умовах зміни первинного напруги і регулювальні відгалуження робляться у обмотки ВН. По конструктивних міркувань регулювальні відгалуження доцільно робити у обмотки ВН, так як в цьому випадку перемикачі повинні бути розраховані на менший струм. Так як при регулюванні напруги відключається частина витків тільки однієї обмотки, то при цьому порушується симетричне розташування діючих витків однієї обмотки відносно іншої. Це призводить до додаткового магнітного розсіювання і втрат. При аварійних режимах (коротке замикання) виникають механічні зусилля, які можуть досягати небезпечної для обмоток величини. Тому необхідно забезпечити достатню механічну міцність обмоток. При відключенні частини витків в середині обмотки механічна міцність обмотки знижується в меншій мірі, ніж при відключенні частини витків у кінця обмотки, тому в обмотках трансформаторів відгалуження мають у своєму розпорядженні в середній частині обмотки. Перемикання з одного відгалуження на інше виготовляють тільки після відключення трансформатора від первинної і вторинної мереж, щоб уникнути можливих коротких замикань регулювальних витків обмотки і розриву ланцюга обмотки під навантаженням. Перемикання здійснюють поворотом рукоятки перемикача, розташованого на кришці бака трансформатора.

Існують також схеми регулювання напруги без відключення трансформатора від мережі. У таких трансформаторах реагування напруги проводиться під навантаженням (РПН). Для обмеження струмів коротких замикань в регульованих витках в процесі перемикання ці витки замикаються на відносно велику індуктивне або активний опір.