Потери и КПД трансформатора

В процессе трансформирования электрической энергии часть ее теряется в трансформаторе в виде электрических и магнитных потерь.

Электрические потери вызывают нагрев обмоток трансформатора при прохождении по ним электрического тока. Мощность электрических потерь пропорциональна квадрату тока и равна сумме электрических потерь в первичной обмотке и во вторичной

,

где m – число фаз в обмотках трансформатора.

Это выражение для электрических потерь трансформатора используется только на стадии проектирования. Для изготовленного трансформатора электрические потери определяют по результатам опыта короткого замыкания, измеряя мощность короткого замыкания при номинальных токах в обмотках ,

где - коэффициент нагрузки.

Так как электрические потери зависят от нагрузки трансформатора, поэтому их называют переменными.

Магнитные потери происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. 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. Величина магнитных потерь зависит и от квадрата магнитной индукции в стержнях и ярмах магнитопровода. Если и , то магнитные потери не зависят от нагрузки трансформатора, поэтому их называют постоянными. Для изготовленного трансформатора магнитные потери определяют по результатам опыта холостого хода , измеряя мощность холостого хода при номинальном первичном напряжении.

Таким образом, активная мощность , поступающая из сети в первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке и на магнитные потери в магнитопроводе. Оставшаяся мощность называется электромагнитной мощностью и передается во вторичную обмотку, где частично расходуется на электрические потери в этой обмотке . Активная мощность, поступающая в нагрузку трехфазного трансформатора (полезная мощность), может быть определена:

или

где суммарные потери в трансформаторе; - номинальная мощность трансформатора; - линейные значения тока и напряжения вторичной обмотки.

КПД трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки к активной мощности на входе первичной обмотки

Анализ записанного выражения показывает, что КПД трансформатора зависит как от величины , так и от характера нагрузки. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: т.е. при коэффициенте нагрузки .

Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при . При дальнейшем увеличении нагрузки КПД уменьшается относительно мало.