Потери и КПД трансформатора

В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь.

Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток транс­форматоров при прохождении по этим обмоткам электрического тока.

Мощность электрических потерь Рэ:

М Рэ = Рэ1 + Рэ2 = m/?r, + m/'2V2, (1.73)

где т — число фаз в обмотках трансформатора (для однофаз­ного трансформатора т = 1, для трехфазного т— 3).

При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют по (1.73), а для изготовленного трансформа­тора эти потери определяют опытным путем, измерив мощность к.з. (см. § 1.11) при номинальных токах в обмотках ^К.НОМ •

Рэ=р2Рк.„ом, (1.74)

где р — коэффициент нагрузки (см. § 1.13).

Электрические потери называют переменными, так как их ве­личина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 1.40).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнито­проводе трансформатора из-за систематиче­ского перемагничивания магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса Рг, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в фер­ромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов Рв.т, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

Рм == Рг Рв.т.

С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод транс­форматора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала — тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос), изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.

Магнитные потери от гистерезиса прямо пропорциональны частоте перемагничивания магнитопровода, т. е. частоте пере­менного тока (Pr=f), а магнитные потери от вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты (PBT=f2). Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте тока в степени 1,3, т. е. PM=f',3. Величина магнитных потерь зависит также и от магнитной индукции в стержнях и ярмах маг- нитопровода (Р„ = В2). При неизменном первичном напряжении (Ui = const) магнитные потери постоянны, т. е. не зависят от нагрузки трансформатора (рис. 1.40, а).

Рис. 1.41. График зависимости КПД трансформатора от нагрузки

Таким образом, активная мощность Pi, поступающая из сети в первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке Рэ). Переменный магнитный поток вызывает в магнитопроводе трансформатора магнитные Потери Рм. Оставшаяся после этого мощность, называемая элек­тромагнитной мощностью Рэм = Р) — РЭ|—Р„, передается во вто­ричную обмотку, где частично расходуется на электрические по­тери в этой обмотке Рэ2. Активная мощность, поступающая в нагрузку трансформатора, Р2 = Р\—^Р, где Р = PsiРм + + РЭ2 — суммарные потери в трансформаторе. Все виды потерь, сопровождающие рабочий процесс трансформатора, показаны на энергетической диаграмме (рис. 1.40,6).

Коэффициент полезного действия трансформатора определя­ется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки Р2 (полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки P1 (подводимая мощность):

P1==Р2/Р1=(Р1-Р2)/Р1 = l - SP/Pi. (1-76)

Сумма потерь

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфаз­ного трансформатора (Вт)

Т.е. КПД трансформа­тора зависит как от величины (Р), так и от характера (совфг) нагрузки Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, t при кото­рой магнитные потери равны электрическим: Ро„ом = р2Рк.„ом, от­сюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее макси­мальному КПД,

Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при Рн = 0,45 - 0,65.

Контрольные вопросы

1. Каков принцип работы трансформатора?
2. Почему трансформаторы не работают от сети постоянного тока?
3. Из каких частей состоит активная часть трансформатора? Каковы их назна­чение и конструкция?
4. Каково назначение трансформаторного масла?
5. Как определить номинальные токи и номинальное вторичное напряжение трансформатора?
6. Почему с увеличением тока нагрузки трансформатора увеличивается ток в его первичной обмотке?
7. Что такое приведенный трансформатор?
8. Объясните порядок построения векторной диаграммы трансформатора.
9. При каких условиях и почему вторичное напряжение трансформатора ста­новится больше ЭДС?
10. Чем объясняется несимметрия токов х. х. в трехфазном трансформаторе?
11. Как изменится отношение линейных напряжений трехфазного трансформа­тора, если его обмотки переключить со схемы Д/Y на Y/Д?
12. Будет ли изменяться ток х. х. и как при увеличении или уменьшении сечения стержней магнитопроводУ?
13. На что расходуется активная мощность, потребляемая трансформатором при опытах х. х. и к. з.?
14. Как опытным путем определить напряжение к. з. трансформатора?
15. К какой обмотке целесообразно подводить напряжение при опыте х. х., а к ка­кой — при опыте к. з.? Объясните, почему.
16. Изменится ли основной магнитный поток и ток х. х., если трансформатор включить в сеть с частотой выше или ниже номинальной?
17. Объясните принцип регулирования напряжения под нагрузкой.

Поиск по сайту: