1.4.Определение потерь мощности в силовых трансформаторах и автотрансформаторах. Потери в трансформаторе таблица

что такое и как рассчитать?

Трансформаторы представляют собой сложное оборудование, которое предназначено для изменения параметров тока в цепи. Они могут повышать или понижать мощность, напряжение электричества в соответствии с требованиями потребителей.

В оборудовании при работе определяются некоторые потери мощности. Поэтому не вся электроэнергия, которая поступила на первичную обмотку, доходит к потребителю. При этом греется трансформатор (магнитопривод, обмотки и прочие детали). В различных конструкциях этот показатель неодинаков.

Режим холостого хода трансформатора

Холостой ход трансформатора позволяет определить токовые потери. Эта методика применяется в сочетании с определением напряжения в режиме короткого замыкания трансформатора. Этот процесс называется опытом агрегата. Он выполняется по определенной схеме.

Общее устройство и виды

Чтобы понять, что такое опыт холостого хода различных трансформаторов, необходимо рассмотреть, что собой представляет подобное оборудование.

Основные типы

Трансформаторами называются машины неподвижного типа, которые работают благодаря электрическому току. Они меняют входное напряжение. Существует несколько видов подобных аппаратов:

Силовые.
Измерительные.
Разделительные.
Согласующие.

Чаще всего в энергетическую цепь требуется подключение силового трансформатора. Они могут иметь две или более обмоток. Аппарат может быть однофазный (бытовая сеть) или многофазный (промышленная сеть).

Особенности установок

Отдельно выделяются автотрансформаторы. В них есть только одна совмещенная обмотка. Также бывает сварочный аппарат. Они имеют определенную сферу применения.

В однофазном и многофазном оборудовании может устанавливаться различная номинальная мощность. Она может определяться в диапазоне от 10 до 1000 кВА и более. Маломощные однофазные и многофазные приборы могут быть в диапазоне до 10 кВА. Средние разновидности будут иметь мощность 20 кВА, 250 кВА, 400 кВА, 630 кВА и т. д. Если же этот показатель больше 1000 кВА, это установка высокой мощности.

Методология проведения опыта

Потери холостого хода трансформатора определяются при создании определенного режима. Для этого прекращается снабжение током всех обмоток. Они остаются разомкнутыми. После этого производится снабжение цепей электричеством. Оно определяется только на первом контуре. Аппаратура должна работать под напряжением, которое устанавливается при его производстве производителем.

Через первичный контур силовой, сварочной или прочей установки протекают токи, которые носят название ХХ. Их величина равняется не более 3-9% от заданного производителем показателя. При этом на обмотке вторичного контура электричество отсутствует. На первичном контуре ток производит магнитный поток. Он пересекает витки обеих обмоток. При этом возникает ЭДС самоиндукции на контуре первичном и взаимоиндукции – на обмотке вторичного типа.

Например, напряжение холостого хода сварочного трансформатора небольшой и средней мощности представляет собой ЭДС взаимоиндукции.

Подход к проведению измерений

Замер потерь холостого хода может производиться в двух аспектах. Их называют потерями в стали и меди. Второй показатель говорит о рассеивании тепла в обмотках (они начинают греться). В процессе проведения опыта этот показатель очень мал. Поэтому им пренебрегают.

Данные о потере тока холостого хода трансформатора представляются в виде таблицы. В ней рассчитаны параметры для стали определенных сортов и толщины. Ток холостого хода трансформатора рассматривается в аспекте мощности, которая создается в магнитом потоке и именуется потерей в стали. Она затрачивается на нагрев листов из специального сплава. Они изолируются друг от друга лаковым покрытием. При создании таких магнитоприводов не используется метод сварки.

Таблица значений холостого хода

Суть измерения

Если по какой-то причине нарушается изоляционный слой между пластинами магнитопривода, между ними возрастают вихревые токи. При этом система начинает нагреваться. Лаковый слой постепенно разрушается. Потери при работе установки возрастают, его эксплуатационные характеристики ухудшаются.

В таком случае потери мощности в стали увеличиваются. При проведении расчетов этих характеристик в режиме холостого хода можно выявить возникшие нарушения в работе агрегата. Именно по этой причине производится соответствующий расчет.

Коэффициент трансформации

При определении работы установки применяется такое понятие, как коэффициент трансформации. Его формула представлена далее:

К = Е1/Е2 = W1/W2

Отсюда следует, что напряжение на вторичном контуре будет определяться соотношением количества витков. Чтобы иметь возможность регулировать выходное электричество, в конструкцию установки вмонтирован специальный прибор. Он переключает число витков на первичном контуре. Это анцапфа.

Для проведения опыта на холостом ходу регулятор ставится в среднее положение. При этом измеряется коэффициент.

Однофазные приборы

Для проведения представленного опыта, при использовании понижающего или повышающего бытового агрегата, в расчет берется представленный коэффициент. При этом используют два вольтметра. Первый прибор подключается к первичной обмотке. Соответственно второй вольтметр подсоединяется к вторичному контуру.

Схема трансформатора при холостом ходе

Входное сопротивление измерительных приборов должно соответствовать номинальным характеристикам установки. Она может работать в понижающем или повышающем режиме. Поэтому при необходимости провести ремонтные работы, на нем измеряют не только подачу низкого, но и высокого напряжения.

Трехфазные приборы

Для трехфазных агрегатов в ходе проведения опыта исследуются показатели на всех контурах. При этом потребуется применять сразу 6 вольтметров. Можно использовать один прибор, который будет подключаться поочередно ко всем точкам измерения.

Если установленное производителем значение на первичной обмотке превышает 6 кВ, на нее подают ток 380 В. При измерении в высоковольтном режиме нельзя определить показатели с требуемым классом точности. Поэтому замер производят в режиме низкого напряжения. Это безопасно.

Применение коэффициента

В процессе проведения измерения анцапфу перемещают во все установленные производителем положения. При этом замеряют коэффициент трансформации. Это позволяет определить наличие в витках замыкания.

Если показания по фазам будут иметь разброс при замерах больше, чем 2%, а также их снижение в сравнении с предыдущими данными, это говорит об отклонениях в работе агрегата. В первом случае в системе определяется короткое замыкание, а во втором – нарушение изоляции обмоток. Агрегат не может при этом работать правильно.

Такие факты требуют подтверждения. Например, это может быть измерение сопротивления. Влиять на увеличение разброса показателей коэффициента могут возрастание сопротивления между контактами анцапфы. При частом переключении возникает такая ситуация.

Измерение тока

При опытном измерении тока холостого хода мастер применяет амперметры. Их необходимо подсоединять к первичной обмотке последовательно. Напряжение в контуре должно равняться номинальному значению.

Если проводится исследование работы трехфазного промышленного агрегата, замер выполняет для всех фаз одновременно или последовательно. При этом испытания производятся только для установок от 1000 кВА.

Измерение потерь

Потери в магнитоприводе замеряют исключительно при использовании мощной установки. При этом можно брать для расчетов пониженное напряжение, которое подключено к первичному контуру через ваттметр. Это прямой метод измерения.

При учете показателей вольтметра или амперметра потребуется умножить их мощности друг на друга. Это косвенный метод. При этом результат имеет определенную погрешность. Искажение происходит из-за невозможности учесть при таком расчете коэффициент мощности. Это конус угла, который образуется в векторной схеме между напряжением и током. В режиме холостого хода между ними появляется угол 90º.

Применение ваттметра

Ваттметр позволяет произвести замер с учетом коэффициента мощности. Это дает возможность получить более точный результат. Расчет выполняется по следующей формуле:

Cos φ = P1/U1*L0

Далее необходимо создать на основе полученного результата векторную диаграмму. По каждой фазе учитываются установленные потери. Для этого чаще всего строится таблица. При этом используется схема, которая изначально применялась производителем при создании оборудования.

Полученный результат не подлежит сравнению с нормативами. Показатели сравнивают только с характеристиками предыдущих проверок. Если потери с течением времени только возрастают, это говорит о нарушении изоляции пластин магнитопривода или появлении иных нарушений. Обратить этот процесс невозможно.

Проведение замеров холостого хода позволяет оценить состояние аппаратуры, а также определить потребность в необходимости планового или аварийного ремонта. Поэтому регулярные испытания позволяют правильно спланировать работу установки, предотвратить ее непредвиденное отключение.

Интересное видео: Описание основ работы трансформатора.

protransformatory.ru

Дополнительные потери мощности в силовых трансформаторах, обусловленные несинусоидальностью напряжений

Библиографическое описание:

Васильева Т. Н., Аронов Л. В. Дополнительные потери мощности в силовых трансформаторах, обусловленные несинусоидальностью напряжений [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). — М.: Буки-Веди, 2012. С. 79-81. URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/55/2998/ (дата обращения: 01.08.2018).

В статье проанализированы дополнительные потери в силовых трансформаторах, обусловленные несинусоидальностью напряжений. Даны формулы для расчета дополнительных потерь мощности. Представлены зависимости потерь от мощности трансформатора при различных значениях несинусоидальности.

Ключевые слова: несинусоидальность, несимметрия, потери, математическая модель.

В последние годы у населения появилось значительное количество различных однофазных бытовых электроприемников с большим числом и мощностью электродвигателей, электронной техники, компьютеров с преобразовательными устройствами, энергосберегающих люминесцентных ламп и т.д. Они приводят к появлению высших гармонических составляющих токов и напряжений. На современных предприятиях, нагрузки, вольтамперные характеристики которых нелинейны, также получили значительное распространение. К таким нагрузкам относятся, например: тиристорные установки, электросварочные аппараты, электродуговые печи, термические установки сушки продукции, газоразрядные лампы, трансформаторы и т.д. Одновременно с этим, широко используются однофазные потребители: кондиционеры, нагревательные устройства, вентиляторы, ионизаторы воздуха и т.п. Такие электроприемники предъявляют высокие требования к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. В тоже время они сами оказывают существенное влияние на изменение его показателей и значительно ухудшают их, что приводит к дополнительным потерям мощности.

Трансформаторы также как и конденсаторы, являются статическими устройствами, т.е. сопротивление прямой и обратной последовательности равны между собой. Дополнительные потери мощности оценим по формуле, [1]:

(1)

где K2U – коэффициент несимметрии,

KUn – коэффициент n-й гармоники.

ΔP2ТР – потери короткого замыкания, кВт;

ΔPТР40 – потери короткого замыкания, кВт;

ΔPКЗ – потери короткого замыкания, кВт;

uКЗ – напряжение короткого замыкания, %.

Рассмотрим влияние гармоник на силовые трансформаторы. Из формулы (1), путем исключения из расчета коэффициента несимметрии получаем, что дополнительные потери мощности, обусловленные несинусоидальностью, определяются по формуле:

(2)

а собственные потери мощности, обусловленные конструкцией трансформатора, [2]:

(3)

где ΔPХХ – потери короткого замык холостого хода, кВт.

STном – номинальная мощность трансформатора, кВ·А.

Для удобства и наглядности представления рассчитаем увеличение потерь трансформатора относительно номинальной мощности STном:

На рис. 1. показаны графики потерь рассчитанные для трансформаторов 10/0.4 кВ номинальной мощностью STном= 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 кВА. Потери показаны в процентах от номинальной мощности.

Рис. 1. Дополнительные потери трансформаторов 10/0.4 кВ номинальной мощностью STном= 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 кВА

Согласно ГОСТ 13109-97, нормально допустимое значение искажения кривой напряжения для сетей 6-20 кВ составляет 5% и предельное 8%. При этих искажениях получены значения:

Таблица 1

Дополнительные потери трансформаторов 10/0.4 кВ номинальной мощностью STном= 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 кВА при различном уровне коэффициента гармоник

Трансформатор	Дополнительные потери, % от номинальной мощности
Трансформатор	Ku=5%	Ku=8%
ТМ 25-10/0,4	10,43	27,13
ТМ 40-10/0,4	9,44	24,57
ТМ 63-10/0,4	8,81	22,93
ТМ 100-10/0,4	8,57	22,3
ТМ 160-10/0,4	6,82	17,76
ТМ 250-10/0,4	6,34	16,51
ТМ 400-10/0,4	5,67	14,74
ТМ 630-10/0,4	3,32	8,86

Собственные потери трансформаторов из табл. 1., при номинальной нагрузке и cosφ=0,95 составляют около 5% от номинальной мощности. Из этого следует, что потери, обусловленные несинусоидальностью, существенны и могут значительно превышать собственные потери трансформатора. Например для трансформатора марки ТМ 25-10/0,4 дополнительные потери превышаю собственные в 2 раза при Ku=5% и почти в 6 раз при Ku=8%. Для трансформаторов большей мощности эти потери уменьшаются. Из рисунков 2, 3 видно что по мере увеличения номинальной мощности трансформаторов, увеличивается мощность дополнительных потерь, однако в процентном отношении к номинальной мощности дополнительные потери уменьшаются.

Рис. 2. Зависимость дополнительных потерь от мощности трансформатора, в процентах от номинальной

Рис. 3. Зависимость дополнительных потерь от мощности трансформатора, в абсолютном исчислении, кВт

При увеличении коэффициента искажения синусоидальности с 5 до 8%, дополнительные потери мощности в трансформаторе 10/0,4 кВ, потери возрастают в 2,6 раза, эта величина не зависит от мощности трансформатора.

Литература:

Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях [ Текст ] / А. К. Шидловский, В. Г. Кузнецов. –, Киев, Наукова думка, 1985. – 268 с.
Ежков В.В. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях: Учеб. Пособие для электроэнерг. спец. [ Текст ] / В.В. Ежков, Г.К. Зарудский, Э.Н. Зуев и д.р.; под ред. В.А. Строева. М.: – Высш. шк., 199 – 352 с.
Кузнецов В. Г. Электромагнитная совместимость. Несимметрия и несинусоидальность напряжения [ Текст ] / В. Г. Кузнецов, Э. Г. Куренный, А. П. Лютый. – Донецк, Донбасс, 2005 – 248 с.
ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. [ Текст ] – М. : Стандартинформ – 2006 – 31 с.
Папаика Ю.А. Определение уровня дополнительных потерь в электрооборудовании промышленных предприятий при несимметрии и несинусоидальности напряжения [ Текст ] / Ю.А. Папаика // Гірнича електромеханіка та автоматика Збірник наукових праць. – 2005. – №75

moluch.ru

Потери силового трансформатора. Виды потерь в трансформаторе

Основные характеристики трансформатора – это напряжение первичной и вторичной обмотки, а также мощность трансформатора. Мощность подается от первичной обмотки на вторичную электромагнитным путем. При этом не вся мощность из электрической сети доходит до нагрузки, которая питает потребителей. Разница мощности, которая поступает на первичную обмотку и мощности, которая возникает во вторичной обмотке называется потерями трансформатора.

Виды потерь силового трансформатора

Так как силовой трансформатор, является статическим электромагнитным устройством – то он не имеет движущихся деталей. Это значит, что механические потери такому оборудованию не свойственны. Потери в нем – это потери активной мощности. Они происходят в магнитном сердечнике, обмотках и других частях оборудования. Во время разных режимов работы трансформатора величина потерь меняется.

Потери холостого хода трансформатора

На холостом ходу к вторичной обмотке трансформатора не подключена нагрузка. Поэтому весь ток, который подается на первичную обмотку, идет на намагничивание сердечника. Такие потери принято назвать магнитными и обозначать Рм. Общее значение потерь холостого хода рассчитывается при номинальной силе тока и напряжении.

Ро = Рм+I2о * r1,

Iо – сила тока в первичной обмотке,

r1 – это сопротивление первичной обмотки.

Потери холостого хода – это постоянная цифра, которая зависит от суммы намагничивающей и активной части. А эти величины неизменны, так как на них влияют характеристики обмотки и магнитного сердечника. По значению потерь холостого хода можно судить о работе трансформатора.

Основные потери в обмотках трансформатора

В трансформаторе под нагрузкой электромагнитная мощность, которая поступает на первичную обмотку, передается вторичной. При этом во вторичной обмотке возникает электрический ток I2, а в первичной – ток I1. Первичный ток напрямую зависит от тока нагрузки I2.

Часть мощности теряется в обмотках. Эти потери называются общими потерями мощности под нагрузкой – Рнагр. Они пропорциональны квадратам первичного и вторичного тока, а также значениям сопротивления обмоток.

Рнагр = I21r1 + I22r2,

где I1 и I2 — токи в первичной и вторичной обмотках,

r1 и r2 — значения сопротивлений первичной и вторичной обмоток.

Как видите, потери под нагрузкой полностью зависят от нагрузки трансформатора. Поэтому они носят непостоянный характер.

Дополнительные потери в обмотках трансформатора

В обмотках трансформатора и ферромагнитном сердечнике возникают не только токи нагрузки. Есть токи, которые появляются и замыкаются внутри проводов или внутри пластин магнитопровода – они называются вихревыми токами. Есть токи, которые появляются между параллельными витками обмотки или между отдельными пластинами сердечника – это циркулирующие токи. Направление этих побочных потоков перпендикулярно основному току в обмотках и сердечнике. Поэтому появление вихревых и циркулирующих токов снижает эффективность работы трансформатора.

Кроме обмоток, добавочные потери возникают в стенках самого бака, в прессующих кольцах, в ярмовых балках и других элементах конструкции трансформатора.

Конструкторы электромагнитного оборудования постоянно ищут способы уменьшения потерь и увеличения КПД трансформатора. Например, магнитный сердечник трансформатора делается не монолитным, а набирается из отдельных тонких пластин, которые тщательно изолируются. Изоляция отдельных витков обмоток также положительно сказывается на КПД оборудования. У современных силовых трансформаторов полезная мощность КПД достигает 90% и выше.

tdmetz.ru

Потери холостого хода в трансформаторе

Согласно Инструкции, потери холостого хода в силовом трансформаторе определяются по формуле:

Потери холостого хода силового трансформатора

где Т pi — время работы трансформатора, ч;

— замеренное напряжение на высшей стороне трансформатора, кВ;

— номинальное напряжение высшей обмотки трансформатора, кВ.

Напряжение на трансформаторе определяется с помощью измерений.

Пример.

Необходимо рассчитать величину потерь холостого хода силового трансформатора ТМ-25/10 за год.

Паспортные данные силового трансформатора ТМ-25/10:

Потери холостого хода силового трансформатора

По формуле находим:

Величина потерь холостого хода силового трансформатора за год составила 1256 кВт.

Напоминаем – потери холостого хода силового трансформатора относятся к категории условно-постоянных потерь, то есть не зависят от объема проходящей через него мощности.

Потери электрической энергии. ВведениеРасчет нагрузочных потерь электрической энергии в силовом трансформаторе

Расчет потерь электрической энергии в воздушной линии 10 кВ

elektro-rezhim.ru

Определение потерь мощности и электроэнергии в линии и в трансформаторе

При передаче электрической энергии от генераторов электростанций до потребителя около 12-18% всей вырабатываемой электроэнергии теряется в проводниках воздушных и кабельных линий, а также в обмотках и стальных сердечниках силовых трансформаторов.

При проектировании нужно стремиться к уменьшению потерь электроэнергии на всех участках энергосистемы, поскольку потери электроэнергии ведут к увеличению мощности электростанций, что в свою очередь влияет на стоимость электроэнергии.

В сетях до 10кВ потери мощности в основном обусловлены нагревом проводов от действия тока.

Потери мощности в линии.

Потери активной мощности (кВт) и потери реактивной мощности (кВАр) можно найти по следующим формулам:

Формулы для расчета потери мощности в линии

где Iрасч – расчетный ток данного участка линии, А;

Rл – активное сопротивление линии, Ом.

Потери мощности в трансформаторах.

Потери мощности в силовых трансформаторах состоят из потерь, не зависящих и зависящих от нагрузки. Потери активной мощности (кВт) в трансформаторе можно определить по следующей формуле:

Определение потерь мощности и электроэнергии в линии и в трансформаторе

Потери активной мощности в трансформаторе

где ?Рст – потери активной мощности в стали трансформатора при номинальном напряжении. Зависят только от мощности трансформатора и приложенного к первичной обмотке трансформатора напряжения. ?Рст приравнивают ?Рх;

?Рх— потери холостого хода трансформатора;

?Роб – потери в обмотках при номинальной нагрузке трансформатора, кВт; ?Роб приравнивают ?Рк.

?Рк– потери короткого замыкания;

?=S/Sном – коэффициент загрузки трансформатора равен отношению фактической нагрузки трансформатора к его номинальной мощности;

Потери реактивной мощности трансформатора (кВАр) можно определить по следующей формуле:

Потери реактивной мощности в трансформаторе

где ?Qст – потери реактивной мощности на намагничивание, кВАр. ?Qст приравнивают ?Qх.

?Qх – намагничивающая мощность холостого хода трансформатора;

?Qрас – потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке.

Значения ?Рст(?Рх) и ?Роб(?Рк) приведения в каталогах производителей силовых трансформаторов. Значения ?Qст(?Qх) и ?Qрас определяют по данным каталогов из следующих выражений:

Формулы для расчета потери реактивной мощности

где Iх – ток холостого хода трансформатора, %;

Uк – напряжение короткого замыкания, %;

Iном – номинальный ток трансформатора, А;

Xтр – реактивное сопротивление трансформатора;

Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА.

Потери электроэнергии.

На основании потерь мощности можно посчитать потери электроэнергии. Здесь следует быть внимательными. Нельзя посчитать потери электроэнергии умножив потери мощности при какой либо определенной нагрузке на число часов работы линии. Этого делать не стоит, т.к в течение суток или сезона потребляемая нагрузка изменяется и таким образом мы получим необоснованно завышенное значение.

Чтобы правильно посчитать потери электроэнергии используют метод, основанный на понятиях времени использования потерь и времени использовании максимума нагрузки.

Время максимальных потерь ? – условное число часов, в течение которых максимальный ток, протекающий в линии, создает потери энергии, равные действительным потерям энергии в год.

Временем использования максимальной нагрузки или временем использования максимума Тмах называют условное число часов, в течение которых линия, работая с максимальной нагрузкой, могла бы передать потребителю за год столько энергии, сколько при работе по действительному переменному графику. Пусть W(кВт*ч) – энергия переданная по линии за некоторый промежуток времени, Рмах(кВт) -максимальная нагрузка, тогда время использования максимальной нагрузки:

Тмах=W/Рмах

На основании статистических данных для отдельных групп электроприемников были получены следующие значения Тмах:

Для внутреннего освещения – 1500—2000 ч;
Наружного освещения – 2000—3000 ч;
Промышленного предприятия односменного – 2000—2500 ч;
Двухсменного – 3000—4500 ч;
Трехсменного – 3000—7000 ч;

Время потерь ? можно найти по графику, зная Тмах и коэффициент мощности.

Зависимость времени максимальных потерь от продолжительности использования максимума нагрузки

Теперь зная ? можно посчитать потери электроэнергии в линии и в трансформаторе.

Потери энергии в линии:

Потери энергии в линии

Потери энергии в трансформаторе:

Потери энергии в трансформаторе

где ?Wатр –общая потеря активной энергии (кВт*ч) в трансформаторе;

?Wртр –общая потеря реактивной энергии (кВАр*ч) в трансформаторе.

Советую почитать:

220blog.ru

1.4.Определение потерь мощности в силовых трансформаторах и автотрансформаторах. Электрические сети

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 пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в первичной и во вторичной обмотках:

, (1.73)

где m – число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора m = 1, для трехфазного m = 3).

При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют по (1.73), а для изготовленного трансформатора эти потери определяют опытным путем, измерив мощность к.з. при номинальных токах в обмотках :

, (1.74)

где – коэффициент нагрузки.

Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 44).

Магнитные потери. Происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь – систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса , связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов , наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

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 , а магнитные потери от вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты . Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте тока в степени 1,3, т. е. . Величина магнитных потерь зависит также и от магнитной индукции в стержнях и ярмах магнитопровода . При неизменном первичном напряжении магнитные потери постоянны, т. е. не зависят от нагрузки трансформатора (рис. 44, а).

Рис. 44. Зависимость потерь трансформатора от его нагрузки (а)

и энергетическая диаграмма (б) трансформатора

Рис. 45. График зависимости КПД трансформатора от нагрузки

При проектировании трансформатора магнитные потери определяют по значению удельных магнитных потерь , происходящих в 1 кг тонколистовой электротехнической стали при значениях магнитной индукции 1,0; 1,5 или 1,7 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц:

, (1.75)

где – фактическое значение магнитной индукции в стержне или ярме магнитопровода трансформатора, Тл; – магнитная индукция, соответствующая принятому значению удельных магнитных потерь, например = 1,0 или 1,5 Тл; – масса стержня или ярма магнитопровода, кг.

Значения удельных магнитных потерь указаны в ГОСТе на тонколистовую электротехническую сталь. Например, для стали марки 3411 толщиной 0,5 мм при = 1,5 Тл и = 50 Гц удельные магнитные потери = 2,45 Вт/кг.

Для изготовленного трансформатора магнитные потери определяют опытным путем, измерив мощность х.х. при номинальном первичном напряжении .

Таким образом, активная мощность , поступающая из сети в первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке . Переменный магнитный поток вызывает в магнитопроводе трансформатора магнитные потери . Оставшаяся после этого мощность, называемая электромагнитной мощностью , передается во вторичную обмотку, где частично расходуется на электрические потери в этой обмотке . Активная мощность, поступающая в нагрузку трансформатора, , где – суммарные потери в трансформаторе. Все виды потерь, сопровождающие рабочий процесс трансформатора, показаны на энергетической диаграмме (рис. 44, б).

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

. (1.76)

Сумма потерь

. (1.77)

Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфазного трансформатора (Вт)

, (1.78)

где – номинальная мощность трансформатора, В·А; и – линейные значения тока, А, и напряжения В.

Учитывая, что , получаем выражение для расчета КПД трансформатора:

. (1.79)

Анализ выражения (1.79) показывает, что КПД трансформатора зависит как от величины , так и от характера нагрузки. Эта зависимость иллюстрируется графиками (рис. 45). Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: , отсюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее максимальному КПД,

. (1.80)

Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при = 0,45÷0,65. Подставив в (1.79) вместо значение по (1.80), получим выражение максимального КПД трансформатора:

. (1.81)

Помимо рассмотренного КПД по мощности иногда пользуются понятием КПД по энергии, который представляет собой отношение количества энергии, отданной трансформатором потребителю (кВт·ч) в течение года, к энергии , полученной им от питающей электросети за это же время:

КПД трансформатора по энергии характеризует эффективность эксплуатации трансформации.

Лекция № 9