Потери и кпд

В отличие от других типов электрических машин трансформаторы нормируются не по активной а по полной мощности. Это связано с тем, что габариты трансформаторов в основном определяются номинальным напряжением и номинальным током. Ток определяет сечение проводов обмоток, а напряжение – размеры магнитопровода. Поэтому паспортной величиной трансформатора является номинальная полная мощность

У равнение баланса активной мощности в трансформаторе можно записать в виде , где активные мощности соответственно – потребляемая из сети, отдаваемая в нагрузку, мощность потерь в первичной обмотке, мощность потерь во вторичной обмотке и мощность потерь в магнитопроводе.

Мощность потерь в магнитопроводе зависит от величины основного магнитного, а т.к. при постоянном напряжении сети поток также постоянен, то эти потери не зависят от нагрузки и обычно составляют 1-2% номинальной мощности.

Потери в обмотках определяются током нагрузки. В первом приближении , поэтому мощность потерь в обмотках можно определить как . Следовательно, при номинальной нагрузке трансформатора мощность потерь в обмотках равна мощности, потребляемой трансформатором в опыте короткого замыкания.

П реобразование энергии в трансформаторе можно представить графически в виде энергетической диаграммы.

Коэффициент полезного действия трансформатора определяется отношением мощности отдаваемой в нагрузку к потребляемой активной мощности . КПД трансформатора зависит от нагрузки и достигает максимума при коэффициенте нагрузки около 0,5-0,7. Типичная зависимость приведена на рисунке.

Вращающееся магнитное поле

Магнитное поле, ось которого вращается в пространстве с постоянной угловой частотой, называется вращающимся магнитным полем. Если при этом величина индукции в любой точке оси магнитного поля остается постоянной, то такое поле называется круговым вращающимся магнитным полем. Это связано с тем, что его можно изобразить вращающимся в пространстве вектором постоянной длины, конец которого при вращении описывает окружность.

Формирование кругового вращающегося магнитного поля является необходимым условием работы асинхронных и синхронных машин. Для этого в пазы пакета статора (рис. 1) укладывают три одинаковые обмотки (катушки), состоящие из двух частей, располагающихся диаметрально противоположно в пакете статора. Причем оси трех обмоток статора смещены по отношению друг к другу на 120 .

Если схематически представить обмотки статора состоящими из одного витка, то на статоре будет только шесть пазов, в каждом из которых будет лежать половина витка обмотки. Обозначим начала витков обмоток буквами A, B и C, а концы витков буквами X, Y и Z. Обозначим также направления протекания тока в витках обмоток, считая положительным направление от начала к концу обмотки. Тогда для положительных значений тока стороны A, B и C будут обозначены крестом, а стороны X, Y и Z – точкой( рис.2).

П ри подключении обмоток статора к трехфазной сети переменного тока в обмотках будут протекать токи , смещенные во времени (по фазе) друг относительно друга на 120 электрических так, как это показано на рисунке. Выделим в пределах периода шесть моментов времени, отстоящих друг от друга на 60 эл. и для каждого из них отметим направления токов в обмотках с учетом знаков токов в соответствующий момент времени. Нетрудно заметить, что в любой момент токи в двух половинах пакета статора протекают в разных направлениях и образуют магнитное поле, ось которого совпадает с осью разделения направлений токов, т.е. через каждые 60 эл. ось магнитного поля поворачивается в пространстве на 60 . Таким образом, с помощью этой симметричной системы обмоток, питающейся от симметричной системы трехфазной сети мы получили круговое вращающееся магнитное поле.

Угловая частота, с которой магнитное поле вращается в пространстве полностью определяется частотой питающей сети и электрической схемой обмоток. Если увеличить число витков вдвое и соединить их в обмотки так, чтобы по окружности пакета статора располагались две чередующиеся пары групп с одинаковым направлением тока, то образуется магнитное поле с двумя парами полюсов (рис. 3). Оно также будет вращаться в пространстве, перемещаясь за один период колебаний токов на угол соответствующий расстоянию между одноименными полюсами, т.е. на 180 . Значит, угловая скорость вращения поля будет вдвое меньшей.

Таким образом, угловая частота вращения магнитного поля равна [рад/с] или [об/мин], где - частота питающей сети, а p - число пар полюсов обмотки статора. Отсюда возникает ряд возможных скоростей вращения магнитного поля для промышленной сети частотой 50 Гц: 3000, 1500, 1000, 750, 600 и т.д. [об/мин]

Н аправление вращения магнитного поля определяется последовательностью подключения обмоток к трехфазной сети. Для изменения направления вращения достаточно поменять местами точки подключения двух любых обмоток.