1.5.6. Падение напряжения в трансформаторе и его КПД

Для определения напряжения на нагрузке трансформатора воспользуемся его упрощенной схемой замещения без намагничивающего контура (рис.1.23а):

a)

б)

Рис.1.23. Схема замещения приведенного трансформатора без учета контура намагничивания (а) и его векторная диаграмма в режиме нагрузки (б)

Погрешность определения тока I₁, вызванная таким упрощением, при нагрузках, близких к номинальной, составляет величину порядка 0,1%, что вполне допустимо. Обычно падение напряжения в трансформаторе определяется разностью вторичного напряжения трансформатора при холостом ходе U₂₀ и в режиме нагрузки в процентах по отношению к :

U%=%=%.

При холостом ходе отсутствуют падения напряжения в обмотках трансформатора. Поэтому, приняв , получим

U%=%.

Эта величина называется относительной потерей напряжения. Ввиду того, что можно приближенно за модуль принять его проекцию на направление вектора , т.е. отрезок (рис.1.23б).

Тогда

.

Из рис.1.23б получаем:

;

U%=%.

При номинальной нагрузке

U_н%=%

или

U_н%=U_kacos+ U_kr sin,

где

U_ka=и U_kr=% - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания в процентах от U_1н.

Для относительного падения напряжения, соответствующего току I₁ получаем

где:

- коэффициент нагрузки.

Так как

а , ,

Рис.1.24. К расчету формулы 1.38.

то

Окончательно имеем

где

Рис.1.25 Внешняя характеристика трансформатора

Высокие значения КПД трансформатора не позволяют определить его с достаточной точностью путем непосредственного измерения мощности, потребляемой от сети и мощности, отдаваемой нагрузке . Поэтому, согласно требованиям ГОСТа, его вычисляют косвенным методом по данным опытов холостого хода и короткого замыкания. Точность этого метода приемлема для практики.

Зависимость активной мощности трансформатора от коэффициента нагрузки b может быть выражена следующим образом:

При опыте холостого хода ток I₁₀ невелик, и потерями мощности в первичной обмотке можно пренебречь. Следовательно, с достаточной степенью точности можно считать, что потери в сердечнике трансформатора определяются мощностью, потребляемой из сети при номинальном напряжении сети: .

Из схемы замещения (без учета тока намагничивания) трансформатора имеем для режима к. з.:

.

Коэффициентом полезного действия трансформатора называют отношение отдаваемой мощности к мощности, потребляемой из сети:

; ;