Внешняя характеристика трансформатора.

Внешние характеристики, построенные по (1.31) и (1.32), представлены на рис. 1.7,a. Как видно, характеристики линейные и жесткие. Жесткость характеристик, т.е. слабая зависимость функции (U₂) от аргумента (K_н), объясняется тем, что сопротивление обмоток невелико (u_к≈5-15%), а основной магнитный поток мало зависит от нагрузки. При активной (φ₂=0) и активно-индуктивной (φ₂>0) нагрузке характеристики всегда падающие, при активно-емкостной (φ₂<0) нагрузке могут быть возрастающими (в формуле (1.32) член u_крsinφ₂ становится отрицательным). В трансформаторах небольшой мощности активное падение напряжения обычно больше, чем индуктивное, и характеристика при активной нагрузке менее жесткая, чем при активно-индуктивной. В трансформаторах большой мощности соотношение падений напряжения противоположное и характеристика при активной нагрузке будет более жесткой.

Коэффициент полезного действия.
КПД трансформатора называется отношение отдаваемой (полезной) электрической мощности P₂ к потребляемой P₁:

η = P₂/P₁, (1.34)

Мощность P₁ обычно представляют в виде суммы мощности P₂ и потерь в трансформаторе:

η = P₂ / (P₂ + ΔP₂ + ΔP₂ (1.35)

Активная мощность P₂=S₂cosφ₂, где S₂ – полная мощность. Поскольку выходное напряжение трансформатора слабо зависит от нагрузки, то коэффициент нагрузки (см. (1.30)) K_н= I₂ / I_2ном≈S₂/S_ном, где S_ном - номинальное значение полной мощности; тогда P₂=K_нS_номcosφ₂. Электрические потери при произвольной нагрузке (см.1.10) можно выразить через коэффициент нагрузки и потери при номинальной нагрузке ΔP_э=K_н² ΔP_эном. Потери ΔP_эном с достаточной степенью точности равны мощности Pк, потребляемой трансформатором в опыте к.з.; магнитные потери ΔP_м - мощности P₀, потребляемой трансформатором в режиме х.х. Значения P_к и P₀ приводятся в соответствующих стандартах и каталогах. С учетом вышеизложенного формула (1.35) принимает вид

η = K_нS_номcosφ₂ / (K_нS_номcosφ₂ + P₀ + K_н²P_к)

На приведены графики зависимости КПД от нагрузки. При K_н=0 отдаваемая мощность P₂ и КПД равны нулю. С ростом K_н возрастает мощность P₂ при неизменном значении магнитных потерь (мощности P₀) и КПД весьма быстро увеличивается. При некотором значении K_н.опт. КПД достигает максимума и затем начинает медленно уменьшаться. Причиной уменьшения КПД является увеличение электрических потерь, изменяющихся пропорционально квадрату тока, т.е. K_н². Максимальное значение КПД мощных трансформаторов достигает 0,98-0,99, у трансформаторов мощностью в единицы В·А снижается до 0,6. Трансформаторы обычно проектируют так, чтобы оптимальный коэффициент нагрузки, при котором КПД достигает максимума, K_н.опт.≈ 0,5-0,7. При этом наиболее вероятному диапазону нагрузки трансформатора K_н=0,5–1 соответствует КПД, близкий к максимальному.
При уменьшении cosφ₂ КПД снижается, т.к. уменьшается отдаваемая мощность P₂ при неизменных электрических и магнитных потерях.

Номинальный режим работы трансформаторов устанавливается обычно по условиям нагрева и безаварийной работы в течение заданного периода эксплуатации. Важнейшим показателем номинального режима является номинальная мощность – мощность, отдавая которую трансформатор может длительно работать, не перегреваясь выше установленной нормы.