Эквивалентная схема замещения трансформатора

Трансформатор можно заменить эквивалентной электрической схемой, с помощью которой можно определять различные технико-экономические характеристики трансформатора, используя из теоретической электротехники методы анализа эдектрических целей.

В схеме замещения реальная магнитная связь между первичной и вторичной обмотками заменяется электрической связью.

Первичная и вторичная обмотки имеют различные напряжения и токи и их нельзя объединять. Схему замещения можно построить для приведенного трансформатора.

Приведенным называется трансформатор у которого коэффициент трансформации равен 1 (n = 1).

Для получения приведенного трансформатора параметры вторичной обмотки приводят к первичной. При этом мощность вторичной цепи не должна измениться. Приведенные параметры обозначают со штрихом.

;

;

;

.

Упрощенная схема замещения трансформатора

Трансформатор вносит в электрическую цепь сопротивление r_к x_к которое оказывается включенным последовательно с приемником электроэнергии.

У трансформаторов мощностью сотни кВ·А и более активная составляющая сопротивления короткого замыкания намного меньше реактивной.

Схема замещения без учета активной составляющей сопротивления трансформатора используется при расчете токов короткого замыкания.

Изменение вторичного напряжения и внешняя характеристика трансформатора

Если источник ЭДС имеет внутреннее сопротивление, то напряжение на нем изменяется при изменении тока. Причина этого – падение напряжения на внутреннем сопротивлении.

AB – зажимы источника питания, к которому подключаются приемники электроэнергии. U – разность потенциалов между точками А и В и это напряжение приложено к приемнику.

Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше падение напряжения.

Потребляемый ток зависит от включенных в данный момент приемников. Обычно трансформаторы работают с изменяющимся током нагрузки. Изменение тока зависит от числа и мощности потребителей.

Построим для данной схемы векторную диаграмму:

Заданными будет считаться ток и напряжение в нагрузке и сдвиг фаз φ₂ между током и напряжением нагрузки. Так как. z_к << z_н, то φ₁ ≈ φ_2.

Зависимость напряжения вторичной обмотке трансформатора (на нагрузке) от тока вторичной обмотки (тока нагрузки) при заданных значениях первичного напряжения и частоты тока называется внешней характеристикой трансформатора.

1: φ₂ = 0 (активная нагрузка);

2: φ₂ > 0 (активно-индуктивная нагрузка);

3: φ₂ < 0 (активно-емкостная нагрузка).

Чем ниже коэффициент мощности нагрузки, тем больше изменение напряжения.

КПД трансформатора

При работе трансформатора возникают потери энергии. Эти потери превращаются в тепло и нагревают трансформатор.

P₁ – мощность первичной катушки (мощность потребляемая трансформатором от источника питания);

∆P_э1 – потери мощности в активном сопротивлении первичной обмотки;

∆P_м – магнитные потери (потери в магнитопроводе, связанные с гистерезисом и вихревыми токами):

P_эм – элеткромагнитная мощность, которая с помощью переменного магнитного поля передается из первичной катушки во вторичную;

∆P_э2 – потери мощности во вторичной обмотке;

P₂ – активная мощность отдаваемая трансформатором в нагрузку. Мощность вторичной катушки.

Эффективность процесса преобразования энергии оценивается КПД (отношение полезной мощности к затраченной):

,

где ∆P – потери мощности внутри трансформатора.

КПД зависит от тока нагрузки:

.

Выразим КПД трансформатора через коэффициент нагрузки:

.

Коэффициент нагрузки трансформатора, при котором КПД достигает максимального значения β_опт:

.