§ 2.10. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

Режим холостого хода. Трансформаторы средней и большой мощности проектируют так, чтобы потребляемая ими из сети реактивная мощность была невелика. При этом ток холостого хода должен быть сравнительно небольшим (обычно он не превышает нескольких процентов от номинального тока). В трансформаторах малой мощности при проектировании решающую роль играет получение минимально возможной массы и объема трансформатора, что приводит к существенному увеличению тока холостого хода. Его значение при частоте 50 Гц и пластинчатых сердечниках достигает 30—60% номинального тока. Увеличению отношения I/Iном способствует также возрастающее влияние магнитного сопротивления в стыках магнитопровода при относительном уменьшении пути магнитного потока по его ферромагнитным элементам.

Зависимость отношения I0/Iном от номинальной мощности можно представить в виде I0/Iном ≈ Iμ/Iном ≈ Qμ/Sном ≈ qμMст/Sном, где Qμ = qμMст — намагничивающая мощность; qμ — удельная намагничивающая мощность (на 1 кг массы стали магнитопровода), зависящая от индукции в стержнях, ярмах и стыках; Мст — масса стали магнитопровода.

Номинальная мощность трансформатора Sном приблизительно пропорциональна четвертой степени линейных размеров трансформатора, масса стали сердечника Мст — третьей степени этих размеров. Поэтому в геометрически подобных трансформаторах, имеющих одинаковые электромагнитные нагрузки (т. е. при qμ = const), при уменьшении номинальной мощности отношение I0/Iном увеличивается. Применение повышенной частоты способствует значительному уменьшению намагничивающего тока и приближает условия работы трансформаторов малой мощности при холостом ходе к условиям работы силовых трансформаторов средней мощности.

Схема замещения и внешние характеристики. В трансформаторах малой мощности, работающих при частоте 50 Гц, потоки рассеяния относительно малы, и индуктивными сопротивлениями обмоток X1 и Х'2 в некоторых случаях можно пренебречь При этом схема замещения (рис. 2.37,a) содержит только активные сопротивления обмоток R1 и R'2.

Зависимость напряжения uка от номинальной мощности имеет вид

uк.а = IномRк/U1ном = I2номRк/U1номIном) = ΔPэл/Sном.

Рис. 2.37. Схема замещения и внешние характеристики трансформаторов малой мощности

В геометрически подобных трансформаторах при уменьшении номинальной мощности Sном электрические потери в обмотках ΔРэл уменьшаются медленнее, чем мощность Sном, поэтому падение напряжения uка в трансформаторах малой мощности значительно больше, чем в мощных трансформаторах. Соответственно меньше и отношение Iк/Iном.

При увеличении частоты ƒ номинальная мощность Sном, которую может дать трансформатор заданных габаритных размеров, возрастает и отношение ΔPэл/Sном уменьшается, вследствие чего уменьшается и величина ик.а. Поэтому увеличение частоты приближает условия работы трансформаторов малой мощности (соотношение между ика и uкр) к условиям работы мощных трансформаторов.

В трансформаторах малой мощности uка >> uкр, а следовательно, и активная нагрузка вызывает большее изменение напряжения, чем реактивная. При активно-индуктивной нагрузке чем меньше cos φ2, тем выше располагаются внешние характеристики. При активно-емкостной нагрузке они располагаются выше, чем при активной (рис. 2.37,6) и активноиндуктивной.