Коэффициент полезного действия трансформатора

 

 

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеет вид:

 

где                               - активная мощность, потребляемая от сети,

 

                        j      - мощность, отдаваемая в нагрузку,

                  - потери в меди первичной обмотки,

 

- потери в стали трансформатора,

- потери в меди вторичной обмотки.

 

Процесс преобразования энергии в трансформаторе иллюстрирует энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 5

 

Величина

 

 

носит названия коэффициента полезного действия трансформатора.

Если обозначить сумму

 

 

и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно выразить так

 

 

Потери в стали         определяются величиной и частотой изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так как поток почти не зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почти постоянными и равными потерям в режиме ХХ

Поскольку потери в меди обмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока, через нее протекающего, последние могут быть определены из упрощенной схемы замещения трансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.

                                - потери в меди при номинальном токе первичной обмотки,

                          

- потери в меди при токе, отличном от номинального,

 .

 

Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле:

 

 

где                   -         - полная мощность в нагрузке трансформатора в номинальном

 

режиме. Теперь выражение, определяющее КПД трансформатора можно записать в виде:

 

 

Эта формула рекомендована ГОСТом для определения КПД трансформатора.

 

Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки                     что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6

 

 

 

 

Рис. 6

 

При b =0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к. в энергетическом балансе уменьшается удельное значение потерь в стали, имеющих приблизительно постоянное значение. При некотором значении             КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с ростом тока нагрузки. Причиной этого является увеличение потерь в меди, возрастающих пропорционально квадрату тока (или ), в то время как полезная мощность растет пропорционально b. Значение             можно получить из условия.

 

 

при этом

 

Следовательно КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой потери в меди трансформатора равны потерям в стали. Для трансформаторов большей мощности

=0,5 - 0,7, при этом             =0,995. Трансформаторы малой мощности рассчитывается как, чтобы        =1, тогда               =0,7 – 0,9. При уменьшении величины           КПД уменьшается, т.к. возрастают токи и , при которых трансформатор имеет заданную мощность .

Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочны­ми обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первич­ной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторич­ной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками при­ведена на рисунке 2,

 

Список используемой литературы.

 

 

1. Китунович Ф.Г.

Электротехника.

3-е изд., переработанное и дополненное.

Минск. «Высш. Школа», 1991.

 

2. Евдокимов Ф. Е.

Теоретические основы электротехники.

Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для энергетич.

и электротехнич. специальностей техникумов.

М. «Высш. Школа», 1975.

 

3. Касаткин А.С.

Основы электротехники.

М.-Л., изд-во «Энергия», 1966.

 

4. Касаткин А.С. Немцов М.В.

Электротехника: Учеб. пособие для вузов.-

4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-