4. Какие виды потерь в трансформаторе вы знаете? Приведите и поясните энергетическую диаграмму трансформатора.

При передаче энергии от первичной обмотки на вторичную часть энергии расходуется на потери. Они в трансформаторе делятся на два вида: потери в обмотках (меди) трансформатора и потери в магнитопроводе (стали) трансформатора.

Потери в обмотках трансформатора относят к электрическим потерям. Они возникают при прохождении тока по металлу обмоток (медь, алюминий) и имеют активный характер. Эти потери можно определить аналитически из формулы:

P_Э=P_Э1 + P_Э2= mI₁r₁ + mI₂r_2,

где m – число фаз трансформатора.

При изготовлении трансформатора потери в меди устанавливают экспериментально в опыте короткого замыкания. Они носят переменный характер т.к. зависят от токов I₁ и I₂.

Потери в магнитопроводе возникают при перемагничивании сердечника и делятся на два вида: потери от P_М1 и от вихревых токов P_М2. Таким образом, суммарные магнитные потери в трансформаторе можно найти как:

P_М = P_М1 + P_М2

В трансформаторе частота перемагничивания магнитопровода соответствует частоте приложенного напряжения (50 Гц для большинства трансформаторов) и является величиной неизменной, поэтому можно сказать, что потери в стали зависят только от величины амплитуды магнитной индукции В_m во второй степени, в свою очередь Ф_m = B_m  S_c сердечника (также неизменяемая величина), а амплитуда магнитного потока Ф_m пропорциональна ЭДС E₁, поэтому

P_М  B_m²  Ф_m²  E₁²

Кроме того можно наблюдать зависимость магнитных потерь от частоты. В частности, потери пропорциональны частоте переменного тока, т.е. P_M1  f, а потери на вихревые токи пропорциональны ее квадрату P_M2  f ². Поэтому при проектировании трансформаторов считают, что потери в сердечнике пропорциональны частоте в степени 1,3, т.е.

Необходимо сказать, что кроме преобразования активной в трансформаторе происходит также преобразование реактивной мощности. К первичной обмотке трансформатора подводится (потребляется) мощность

Q₁ = m  U₁  I₁  sin

При этом q₁ = m  I₁²  x₁ расходуется на создание потока (рассеяния) первичной обмотки, а мощность q_М = m  I₀²  x₀ на создание магнитного поля магнитопровода. Мощность q₂ = m  I₂²  x₂ тратится на создание потока (рассеяния) вторичной обмотки, таким образом, приемникам будет передаваться мощность

Q₂ = Q₁ – q₁ – q_m – q₂ = m U₂ I₂ sin₂

В общем случае направление передачи реактивной мощности зависит от характера и величины нагрузки. Исходя из схемы замещения трансформатора и всего вышесказанного, можно построить его энергетическую диаграмму (рис.1.12).

5. Что такое кпд трансформатора и коэффициент загрузки трансформатора? Как их рассчитать?

Важным энергетическим показателем трансформатора является коэффициент полезного действия (КПД), который равен отношению активной мощности на выходе трансформатора к мощности на входе, выраженный в процентах, или

(%)

где P = P_C + P_M – сумма потерь.

При этом активная мощность отдаваемая трехфазным трансформатором будет равна

(1.68)

где  = I₂/I_2ном – коэффициент нагрузки трансформатора;

– полная номинальная мощность трансформатора.

Учитывая это можно представить КПД как:

(1.69)