Векторная диаграмма трансформатора

Воспользовавшись схемой замещения приведенного трансформатора и основными уравнениями напряжений и токов (1.34), построим векторную диаграмму трансформатора, наглядно показывающую соотношения и фазовые сдвиги между токами, ЭДС и напряжениями трансформатора. Векторная диаграмма — графическое выражение основных уравнений приведенного трансформатора (1.34).

Построение диаграммы (рис. 1.19, а) следует начинать с вектора максимального значения основного магнитного потока .

Вектор тока  опережает по фазе вектор потока  на угол δ, а векторы ЭДС , и  отстают от этого вектора на угол 90° [см. (1.6) и (1.7)]. Далее строим вектор . Для определения угла сдвига фаз между  и  следует знать характер нагрузки. Предположим, что нагрузка трансформатора активно-индуктивная. Тогда вектор . отстает по фазе от  на угол

                                                              (1.35)

определяемый как характером внешней нагрузки, так и собственными сопротивлениями вторичной обмотки.

Рис. 1.19. Векторные диаграммы трансформатора при активно-индуктивной (а) и активно-емкостной (б) нагрузках

Для построения вектора вторичного напряжения  необходимо из вектора ЭДС  вычесть векторы падений напряжения  и . С этой целью из конца вектора  опускаем перпендикуляр на направление вектора тока  и откладываем на нем вектор . Затем проводим прямую, параллельную , и на ней откладываем вектор . Построив вектор , получим треугольник внутренних падений напряжения во вторичной цепи. Затем из точки О проводим вектор , который опережает по фазе ток на угол φ₂=arctg(х’_н/r_н').

Вектор первичного тока строим как векторную сумму: . Вектор  проводим из конца вектора  противоположно вектору . Построим вектор , для чего к вектору , опережающему по фазе вектор потока  на 90°, прибавляем векторы внутренних падений напряжения первичной обмотки: вектор , параллельный току , и вектор , опережающий вектор тока  на угол 90°. Соединив точку О с концом вектора , получим вектор , который опережает по фазе вектор тока , на угол φ₁.

Иногда векторную диаграмму трансформатора строят с целью определения ЭДС обмоток. В этом случае заданными являются параметры вторичной обмотки: U₂, I₂ и соsφ₂. Зная w₁/w₂, определяют  и  а затем строят векторы этих величин под фазовым углом φ₂ друг к другу. Вектор ЭДС  получают геометрическим сложением вектора напряжения  с падениями напряжения во вторичной обмотке:

В случае активно-емкостной нагрузки векторная диа­грамма трансформатора имеет вид, показанный на рис. 1.19, б. Порядок построения диаграммы остается прежним, но вид ее несколько изменяется. Ток  в этом случае опережает по фазе ЭДС  на угол

                                                               (1.36)

При значительной емкостной составляющей нагрузки падение напряжения в емкостной составляющей сопротивления нагрузки и индуктивное падение напряжения рассеяния во вторичной обмотке частично компенсируют друг друга. В результате напряжение  может оказаться больше, чем ЭДС . Кроме того, реактивная (опережающая) составляющая вторичного тока  совпадает по фазе с реактивной составляющей тока х.х. , т. е. оказывает на магнитопровод трансформатора подмагничшающее действие.

Это ведет к уменьшению первичного тока , по сравнению с его значением при активно-индуктивной нагрузке, когда составляющая  оказывает размагничивающее влияние (рис. 1.19, а).