Схеми заміщення.

Побудова векторної діаграми дає уяву про співвідношення величин, що характеризують процеси в трансформаторі.

Однак визначення числових значень цих величин за допомогою графічних побудов є незручним. Більш простішою є рішення, основане на використанні схеми заміщення трансформатора.

Трансформатор, як вже нам відомо, є система двох магнітозв’язаних електричних кіл – первинного і вторинного.

Безпосереднє з’єднання цих кіл в загальне електричне коло без врахування магнітного зв’язку буде невірним, оскільки в цьому випадку енергія, що підводиться до трансформатора не дорівнює енергії, що віддається навантаженню. Тому є потреба в попередньому приведенні первинного і вторинного кіл до одного рівня напруг.

Зручним є приведення вторинного кола трансформатора до первинного.

Суть такого приведення полягає в тому, що дійсне коло вторинної обмотки трансформатора з ЕРС Е₂ замінюється розрахунковим, енергетично еквівалентним колом з приведеною ЕРС Е₂ = Е₁.

Позначимо електричні величини приведеного вторинного кола трансформатора Е₂, I₂, U₂, R₂, X₂, Z_н і знайдемо їх співвідношення з величинами дійсного вторинного кола трансформатора Е₂, I₂, U₂, R₂, X₂, Z_н. Скористуємось виразами, що витікають з енергетичних співвідношень еквівалентного розрахункового кола:

Е₂ I₂ = Е₂ I₂

U₂ I₂ = U₂ I₂

I₂² R₂ = I₂² R₂

I₂² X₂ = I₂² X₂

Враховуючи, що Е₁ / Е₂ = k (а відповідно і через еквівалентну ЕРС Е₂ / Е₂ = k), отримаємо:

Е₂ = Е₂ k;

і аналогічно до Z₂ – .

Ці функції дозволяють визначити приведені величини, якщо відомі дійсні значення і навпаки, отримати дійсні значення за відомими приведеними величинами. Векторна діаграма трансформатора, що побудована на приведених величинах будується аналогічно попередній і має вид:

Враховуючи, щоЕ₂ = Е₁, можна сумістити праву частину діаграми з лівою шляхом повороту сукупності векторів, що відносяться до вторинного кола, на 180. Поворот частини діаграми на 180 рівносильний зміні позитивних напрямків струму І₂ і напруги U₂ на протилежні. В зв’язку з цим рівняння (А) приймає вигляд . Отримана таким шляхом діаграма має назвусполучена векторна діаграма трансформатора. В цій діаграмі зберігаються всі зсуви фаз між векторами кожного з кіл.

За отриманою діаграмою можна побудувати відповідну їй електричну схему, що отримала назву повна схема заміщення трансформатора.

Напруга як в схемі заміщення, так і на сполученій векторній діаграмі, визначається рівнянням:

Вбагатьох практичних розрахунках, де не вимагається великої точності, використання повної схеми заміщення є складним і не виправданим. В цих випадках вживають спрощену схему заміщення. Ця схема отримується з повної схеми заміщення, якщо вважати струм І_1 0 = 0. Опори R₁, R₂, X₁, X₂ тут замінюються сумарними опорами R_к = R₁ + R₂, Х_к = X₁ + X₂, .

Опори R_к, Х_к, Z_к мають назви відповідно активний, індуктивний і повний опір трансформатора. Ці величини визначаються за даними досліду короткого замикання.

Спрощеній схемі заміни відповідає спрощена векторна діаграма трансформатора