Потери и коэффициент полезного действия трансформатора

В процессе работы трансформатора имеют место два типа потерь: магнитные и электрические.

Магнитные потери – это потери в магнитопроводе трансформатора, состоящие из потерь на перемагничивание магнитопровода (гистерезис) и потерь на вихревые токи. Величина магнитных потерь Р_м зависит от значения магнитной индукции трансформатора и частоты ее изменений.

Магнитный поток при неизменных первичном напряжении и частоте практически постоянен, поэтом величина магнитных потерь также практически неизменна, т.е. не зависит от нагрузки трансформатора и равна потерям мощности холостого хода Р₀. При номинальном напряжении U_1ном потери мощности холостого хода обозначаются как Р_0ном.

Электрические потери – это потери, идущие на нагрев обмотки трансформатора протекающими по ним токами:

. (1.61)

Величина электрических потерь зависит от нагрузки трансформатора, т.е. от величины первичного и вторичного токов. Для определения электрических потерь пользуются выражением:

, (1.62)

где β – коэффициент нагрузки трансформатора; - мощность короткого замыкания при номинальных токах в обмотках.

Сумма потерь в трансформаторе:

. (1.63)

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение активной мощности Р₂ на выходе трансформатора к активной мощности Р₁ на его входе:

. (1.64)

Мощность на выходе:

, (1.65)

где - номинальная полная мощность трансформатора.

Подставив выражения (1.63) и (1.64) в (1.64), получим:

. (1.66)

Таким образом, к.п.д. трансформатора зависит как от величины нагрузки, так и от ее характера, т.е. от коэффициента мощности . На рис. 1.16 представлены графики для разных значений коэффициента мощности (кривая 1) и (кривая 2)

Наибольшее значение к.п.д. соответствует нагрузке β^/, при которой магнитные потери равны электрическим:

,

Откуда коэффициент нагрузки, соответствующий

. (1.67)

Рис. 1.16. Зависимость

Статистика показывает, что большинство трансформаторов значительную часть времени работают с коэффициентом нагрузки β=0,5÷0,8. Для обеспечения максимума к.п.д. при β=0,5÷0,8 трансформаторы рассчитываются таким образом, чтобы

.

К.п.д. трансформатора выше к.п.д. электрических машин, что объясняется отсутствием в трансформаторах механических потерь. В трансформаторах средней и большой мощности в трансформаторах малой мощности к.п.д. значительно ниже (60÷90%).