Что такое внешняя характеристика

Что называют внешней характеристикой трансформатора, расчеты и формулы

Одной из самых важных характеристик любого трансформатора является внешняя характеристика. Так называют зависимость напряжения вторичной обмотки от нагрузки при неизменном вольтаже на первичной. Любое оборудование подключается к выходам преобразователя, качество его работы зависит от стабильности номинального напряжения на вторичной намотке. При определении внешней характеристики требуются значения параметров, характеризующих не только физические процессы, но и режимы работы преобразователя.

Определение

Напряжение на вторичной намотке зависит от вольтажа на первичной и коэффициента трансформации, оно меняется в каких-то пределах при изменении режима работы, зависящего от загрузки. Если меняется режим работы при неизменном вольтаже на первичной намотке, вместе с напряжением на вторичной меняется электроток. Эта закономерность называется внешней характеристикой.

Основной фактор, влияющий на этот показатель – нагрузочная величина электротока, потребляемого подключенным оборудованием. При повышении мощности подключенного оборудования тока требуется больше, на вторичной намотке преобразователя он повышается, вольтаж снижается. Одновременно с увеличением тока на вторичке увеличивается электроток на первичке, что теоретически должно снизить первичное напряжение. Но оно неизменно, поэтому снижается ЭДС (электродвижущая сила) и электромагнитный поток.

Допустимые нормы колебаний вторичного напряжения при номинальной нагрузке определены ГОСТом. В некоторых преобразователях предусмотрена возможность увеличение или снижение вольтажа на вторичке коррекцией количества витков на одной из намоток, оснащенных дополнительными выводами.

Зависимость от различного характера нагрузки

Режим трансформатора с замкнутой на сопротивление (оборудование, принимающее электроэнергию) вторичкой называется нагрузкой, ток создает магнитный поток. Это значит, что в преобразователе действуют магнитные силы обеих обмоток, создающие магнитный поток в сердечнике. Нагрузка – мощность подключенного к вторичке оборудования, равная напряжению, умноженному на электроток и коэффициент мощности:

Параметры внешней характеристики (в том числе изменение вольтажа во вторичке) зависят от вида загрузки.

Числовое значение определяет коэффициент:

Характеристики загрузки – угол сдвига по фазе напряжения по отношению к току вторички.

Загрузка трансформатора бывает:

Вектор тока при любом виде загрузки отстает от электродвижущей силы на вторичный угол φ₂.

Емкостная

Для емкостной загрузки характерно повышение тока до повышения вольтажа. Если загрузка преобразователя этого типа, при ее повышении происходит дополнительное намагничивание трансформатора, вольтаж на выходе растет, абсолютное значение тока превышает цифровое значение электродвижущей силы на φ₂, причем φ₂ 0.

Как рассчитать параметры

Расчет внешней характеристики выполняется с использованием схемы замещения (определения изменений вторичного напряжения и тока при изменениях нагрузки).

На практике используется более простой вариант – расчет по формуле:

где U₂₀ – вольты холостого хода во вторичной обмотке;

U₂ – вольты конкретной нагрузки во вторичной обмотке;

Δu –колебания напряжения на вторичке.

Δu рассчитывается по формуле:

Δu=Kн (uкаcosφ2 + uкрsinφ2),

где Кн – коэффициент загрузки;

«uка» и «uкр» – активное и реактивное напряжение холостого хода или короткого замыкания.

где Uк – вольтаж, при котором проводится опыт короткого замыкания;

U₁ном – номинальное напряжение.

Точные значения uк можно найти в специальных каталогах, uка и uкр рассчитываются или определяются в процессе экспериментов короткого замыкания.

При работе в режиме холостого хода ток на вторичке и коэффициент нагрузки равны нулю. Чтобы преобразователь перешел от холостого хода в рабочий режим, коэффициент должен повыситься до единицы. В процессе перехода вольтаж на вторичке снижается.

Напряжение короткого замыкания равно соотношению вольтажа во время эксперимента к вольтажу при нагрузке, сопротивление принимается за нулевое. По этим причинам электроток на вторичке гораздо больше номинального.

Для проведения эксперимента короткого замыкания вторичка замыкается накоротко, первичка присоединяется к напряжению, которое на много ниже номинального, чтобы вольтаж питания мог уравновеситься с падением на намотках.

Условно поданное пониженное напряжение принимается равным падению вольтажа при номинальной нагрузке. Точное значение можно узнать из технической документации конкретного преобразователя.

Правила построения графика

Исходя из формул, приведенных выше, строятся графики:

Они линейные, так как:

По результатам испытаний при коротком замыкании получается:

Угол φ2 влияет на снижающий или возрастающий характер при изменении вида нагрузки. Если преобразователь маломощный, падение во время активной нагрузке менее линейное, чем при индуктивной. Ситуация противоположенная для мощных аппаратов.

Более наглядно внешняя характеристика характеризуется диаграммой для фиксированного значения тока:

Для построения необходимо принять, что по часовой стрелке будет отображаться отставание тока от напряжения. Если нагрузка индуктивная, напряжение поворачивается против часовой стрелки по отношению к току. При емкостной нагрузке напряжение отстает от тока на другой угол (вектор вольтажа повернут по часовой стрелке по сравнению с вектором тока).

Если нагрузка активная, вектор вольтажа так же поворачивается против часовой стрелки, но угол меньше, чем при индуктивной нагрузке.

Внешняя характеристика важна на этапе проектирования преобразователя. Если он предназначен для работы при индуктивной нагрузке, нужно увеличить количество витков во вторичке, чтобы компенсировать снижение вольтажа во время работы. При наличии реактивной нагрузки используются конденсаторы, соединенные параллельно с каждой фазой.

Источник

внешняя характеристика

3.7 внешняя характеристика: Выраженная графически зависимость напряжения на выходных клеммах источника питания дуги от величины сварочного тока.

Смотри также родственные термины:

121 внешняя характеристика (источника электрической энергии)

Зависимость между электрическим напряжением на выводах источника электрической энергии и электрическим током в нем

85. Внешняя характеристика электротехнического изделия (устройства)

Зависимость напряжения на выводах электротехнического изделия (устройства) от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам

Полезное

Смотреть что такое «внешняя характеристика» в других словарях:

внешняя характеристика — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN external characteristic … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика — išorinė charakteristika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. external characteristic vok. äußere Belastungskennlinie, f; äußere Kennlinie, f rus. внешняя характеристика, f pranc. caractéristique externe, f … Automatikos terminų žodynas

внешняя характеристика электротехнического изделия — (устройства) Зависимость напряжения на выводах электротехнического изделия (устройства) от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам. [ГОСТ 18311 80] внешняя характеристика Зависимость между электрическим напряжением на… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика электромашинного генератора — внешняя характеристика Зависимость напряжения на обмотке якоря электромашинного генератора от тока нагрузки в заданных условиях при номинальной частоте вращения и неизменных внешних сопротивлениях в цепях обмоток возбуждения. [ГОСТ 27471 87]… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика с обратной прозрачностью гидродинамической передачи — Прозрачная внешняя характеристика ГДП, у которой при увеличении крутящего» момента на выходном звене уменьшается крутящий момент на входном звене. [ГОСТ 19587 74] Тематики гидропривод объемный и пневмопривод … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика с прямой прозрачностью гидродинамической передачи — Прозрачная внешняя характеристика ГДП, у которой при увеличении крутящего момента на выходном звене увеличивается крутящий момент на входном звене. [ГОСТ 19587 74] Тематики гидропривод объемный и пневмопривод … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика преобразователя — нагрузочная характеристика преобразователя — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы нагрузочная… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика (источника электропитания) — Рис. ABB Rectangular current limiting Рис. ABB Triangular current limiting Power supplies with a U/I characteristic perform current limiting to typically 1.1 to 1.2 times the rated current at constant output voltage. This current is still… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика гидродинамической передачи — Зависимости внешних параметров от передаточного отношения ГДП при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости, частоте вращения или крутящем моменте входного звена. [ГОСТ 19587 74] Тематики гидропривод объемный и пневмопривод EN external… … Справочник технического переводчика

Источник

внешняя характеристика

внешняя характеристика
—
[Я.Н.Лугинский, М.С.Фези-Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.]

Тематики

Смотреть что такое «внешняя характеристика» в других словарях:

внешняя характеристика — 3.7 внешняя характеристика: Выраженная графически зависимость напряжения на выходных клеммах источника питания дуги от величины сварочного тока. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

внешняя характеристика — išorinė charakteristika statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. external characteristic vok. äußere Belastungskennlinie, f; äußere Kennlinie, f rus. внешняя характеристика, f pranc. caractéristique externe, f … Automatikos terminų žodynas

внешняя характеристика электротехнического изделия — (устройства) Зависимость напряжения на выводах электротехнического изделия (устройства) от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам. [ГОСТ 18311 80] внешняя характеристика Зависимость между электрическим напряжением на… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика электромашинного генератора — внешняя характеристика Зависимость напряжения на обмотке якоря электромашинного генератора от тока нагрузки в заданных условиях при номинальной частоте вращения и неизменных внешних сопротивлениях в цепях обмоток возбуждения. [ГОСТ 27471 87]… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика с обратной прозрачностью гидродинамической передачи — Прозрачная внешняя характеристика ГДП, у которой при увеличении крутящего» момента на выходном звене уменьшается крутящий момент на входном звене. [ГОСТ 19587 74] Тематики гидропривод объемный и пневмопривод … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика с прямой прозрачностью гидродинамической передачи — Прозрачная внешняя характеристика ГДП, у которой при увеличении крутящего момента на выходном звене увеличивается крутящий момент на входном звене. [ГОСТ 19587 74] Тематики гидропривод объемный и пневмопривод … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика преобразователя — нагрузочная характеристика преобразователя — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы нагрузочная… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика (источника электропитания) — Рис. ABB Rectangular current limiting Рис. ABB Triangular current limiting Power supplies with a U/I characteristic perform current limiting to typically 1.1 to 1.2 times the rated current at constant output voltage. This current is still… … Справочник технического переводчика

внешняя характеристика гидродинамической передачи — Зависимости внешних параметров от передаточного отношения ГДП при постоянных вязкости и плотности рабочей жидкости, частоте вращения или крутящем моменте входного звена. [ГОСТ 19587 74] Тематики гидропривод объемный и пневмопривод EN external… … Справочник технического переводчика

Источник

Внешняя характеристика трансформатора

Внешняя характеристика – это зависимость напряжения на выводах трансформатора от тока, протекающего через нагрузку, подключенную к этим выводам, т.е. зависимость U₂=f(I₂) при U₁=const. При изменении нагрузки (тока I₂) вторичное напряжение трансформатора изменяется. Это объясняется изменением падения напряжения на сопротивлении вторичной обмотки I₂‘z₂ и изменением ЭДС E₂‘=E₁ за счет изменения падения напряжения на сопротивлении первичной обмотки.

Причем, поскольку уравнения (1.27) векторные, U₂ зависит как от значения нагрузки, так и ее характера: активного, индуктивного или емкостного. Значение нагрузки в трансформаторах определяют коэффициентом нагрузки:

характер нагрузки – углом 2 сдвига по фазе вторичных напряжения и тока.

Точный расчет внешней характеристики можно выполнить по схеме замещения (рис. 1), изменяя z_н и определяя U₂ и I₂.

Однако на практике часто пользуются формулой

Значение Δu рассчитывают по упрощенному выражению, которое можно получить из схемы замещения трансформатора при определенных допущениях:

Внешние характеристики, построенные по (1.31) и (1.32), представлены на рис. 2,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

Источник

Внешняя характеристика трансформатора

Свойства трансформатора в рабочем режиме характеризуется зависимостью вторичного напряжения от нагрузки и коэффициентом полезного действия (КПД).

Зависимость вторичного напряжения трансформатора от его нагрузки при постоянном номинальном напряжении первичной обмотки называется внешней (нагрузочной) характеристикой.

При изменении нагрузки изменяется ток и мощность, отдаваемая нагрузке, . Такое изменение удобно оценивать, введя понятие коэффициента нагрузки

(28)

Тогда внешняя характеристика это зависимость вторичного напряжения трансформатора от коэффициента нагрузки, то есть,

при .

Вид внешней характеристики зависит от характера нагрузки, то есть от коэффициента нагрузки ( ) и знака угла нагрузки ( ). При активной или активно-индуктивной нагрузке вторичное напряжение уменьшается с ростом нагрузки, а при активно-емкостной – увеличивается (рис. 10). Отметим, что вторичное напряжение при отсутствии нагрузки соответствует режиму холостого хода, то есть, является номинальным напряжением вторичной обмотки.

Рис. 10. Внешняя характеристика трансформатора

Характеристика 1 – соответствует емкостной нагрузке трансформатора ( ).

Характеристика 2 – соответствует активной нагрузке трансформатора ( ).

Характеристика 3 – соответствует индуктивной нагрузке трансформатора ( ).

Обычно вторичное напряжение оценивают не по значению напряжения, а по отклонению напряжения от номинального значения . Оно называется изменением вторичного напряжения и выражается в % от номинального.

(29)

– текущее значение напряжения на вторичной обмотке.

Можно доказать, что изменение напряжения может быть выражено:

(30)

Проведем несложные преобразования, учитывая, что

Получаем выражение для определения процентного отклонения вторичного напряжения:

(31)

где – угол нагрузки, равный

Тогда, зная изменение напряжения и номинальные данные трансформатора, можно всегда рассчитать значение вторичного напряжения:

(32)

Из выражений (31) и (32) вытекает линейная зависимость вторичного напряжения от коэффициента нагрузки, а также и становится понятным, почему так выглядит внешняя характеристика трансформатора при разной нагрузке (рис. 10).

Внешняя характеристика трансформатора играет важную роль при выборе режима работы трансформатора в конкретных условиях, а также для выбора самого трансформатора.

Обычно при неизменном первичном напряжении U₁ колебания нагрузки трансформатора вызывают сравнительно малое изменение вторичного напряжения U₂. Однако в условиях эксплуатации электроустановок часто возникает необходимость поддерживать постоянным вторичное напряжение или изменять его в определенных пределах. Для решения этой задачи изменяют ЭДС вторичной обмотки, действующее значение которой

ЭДС обмотки можно изменить путем изменения числа ее витков или магнитного потока. Наибольшее распространение получило регулирование напряжения посредством изменения числа витков. Для этого обмотки выполняют с несколькими ответвлениями, каждое из которых соответствует определенному числу витков. При переключении обмоток напряжение изменяется ступенями. Обмотки ВН трансформаторов обычно имеют пять ответвлений, которые позволяют изменять вторичное напряжение на ±2,5% и 5% от номинального. При изменении числа витков первичной обмотки магнитный поток в магнитопроводе будет изменяться.

Регулировочные ответвления могут быть сделаны как на первичной, так и на вторичной обмотках. Если трансформатор работает в условиях постоянства первичного напряжения, регулировочные ответвления целесообразно делать на вторичной обмотке. Если же первичное напряжение изменяется, регулировочные ответвления целесообразно делать на первичной обмотке, чтобы при изменениях первичного напряжения отношение оставалось бы неизменным. В этом случае магнитный поток в магнитопроводе трансформатора будет оставаться неизменным, не увеличивая потерь в стали и намагничивающего тока. При этом соотношение потерь в стали и меди остается неизменным и обеспечивается наиболее выгодный КПД трансформатора.

Понижающие силовые трансформаторы большей частью работают в условиях изменения первичного напряжения и регулировочные ответвления делаются у обмотки ВН. По конструктивным соображениям регулировочные ответвления целесообразно делать у обмотки ВН, так как в этом случае переключатели должны быть рассчитаны на меньший ток. Так как при регулировании напряжения отключается часть витков только одной обмотки, то при этом нарушается симметричное расположение действующих витков одной обмотки относительно другой. Это приводит к дополнительному магнитному рассеянию и потерям. При аварийных режимах (короткое замыкание) возникают механические усилия, которые могут достигать опасной для обмоток величины. Поэтому необходимо обеспечить достаточную механическую прочность обмоток. При отключении части витков в середине обмотки механическая прочность обмотки снижается в меньшей степени, чем при отключении части витков у конца обмотки, поэтому в обмотках трансформаторов ответвления располагают в средней части обмотки. Переключение с одного ответвления на другое производят только после отключения трансформатора от первичной и вторичной сетей, чтобы избежать возможных коротких замыканий регулировочных витков обмотки и разрыва цепи обмотки под нагрузкой. Переключение осуществляют поворотом рукоятки переключателя, расположенной на крышке бака трансформатора.

Существуют также схемы регулирования напряжения без отключения трансформатора от сети. В таких трансформаторах реагирование напряжения производится под нагрузкой (РПН). Для ограничения токов коротких замыканий в регулируемых витках в процессе переключения эти витки замыкаются на относительно большое индуктивное или активное сопротивление.

Источник