При колебаниях нагрузки трансформатора его вторичное напряжение меняется. В этом можно убедиться, воспользовавшись упрощенной схемой замещения трансформатора, из которой следует, что .
Изменение вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки от х.х. до номинальной является важнейшей характеристикой трансформатора и определяется выражением
. (1.67)
Для определения воспользуемся упрощенной векторной диаграммой трансформатора, сделав на ней следующее дополнительное построение (рис. 41). Из точки А опустим перпендикуляр на продолжение вектора , получим точку D. С некоторым допущением будем считать, что отрезок представляет собой разность , где ; тогда
. (1.68)
Изменение вторичного напряжения (1.67) с учетом (1.68) примет вид
. (1.69)
Обозначим ; , тогда выражение изменения вторичного напряжения трансформатора при увеличении нагрузки примет вид
. (1.70)
Выражение (1.70) дает возможность определить изменение вторичного напряжения лишь при номинальной нагрузке трансформатора. При необходимости расчета изменения вторичного напряжения для любой нагрузки в выражение (1.70) следует ввести коэффициент нагрузки, представляющий собой относительное значение тока нагрузки :
. (1.71)
Рис. 41. К выводу формулы
Из выражения (1.71) следует, что изменение вторичного напряжения зависит не только от величины нагрузки трансформатора , но и от характера этой нагрузки .
На рис. 41, а представлен график зависимости при , а на рис. 41, б – график при . На этих графиках отрицательные значения при работе трансформатора с емкостной нагрузкой соответствуют повышению напряжения при переходе от режима х.х. к нагрузке. Имея в виду, что , получим еще одно выражение для расчета изменения вторичного напряжения при любой нагрузке:
. (1.72)
Рис. 42. Зависимость величины нагрузки (а) и коэффициента мощности нагрузки (б) трехфазного трансформатора (100 кВ·А, 6,3/0,22 кВ,
Из (1.72) следует, что наибольшее значение изменения напряжения имеет место при равенстве углов фазового сдвига , когда .
Зависимость вторичного напряжения трансформатора от нагрузки называют внешней характеристикой. Напомним, что в силовых трансформаторах за номинальное вторичное напряжение принимают напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме х.х. при номинальном первичном напряжении.
Вид внешней характеристики (рис. 43) зависит от характера нагрузки трансформатора . Внешнюю характеристику трансформатора можно построить по (1.72) путем расчета для разных значений и .
Рис. 43. Внешние характеристики трансформатора