4.2. Определение потерь холостого хода трансформатора

Определяются индукция ярма, удельные потери в стали стержня и ярма, выбирается схема шихтовки магнитопровода и соответствующий ей коэффициент увеличения потерь. Определяется коэффициент добавочных потерь, находятся потери холостого хода (добиваемся того, чтобы они были в допустимых по ГОСТ 12022–76, ГОСТ 11920–85 пределах).

Режим работы трансформатора при питании от сети одной обмотки и разомкнутой другой обмотке называется режимом холостого хода. Потери мощности в режиме холостого хода трансформатора при номинальном синусоидальном напряжении и номинальной частоте называют потерями холостого хода.

Потери холостого хода трансформатора слагаются из магнитных потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе, добавочных потерь, потерь в стальных элементах конструкции трансформатора от потоков рассеяния (относительно невелики и учитываются вместе с добавочными потерями), электрических потерь в первичной обмотке от тока холостого хода (обычно не превышают 1 % от , поэтому ими обычно пренебрегают, как и в нашем случае) и диэлектрических потерь в изоляции (которые достаточно велики только при высоких частотах 10³–10⁶ Гц и высоких напряжениях, в нашем случае для частоты 50 Гц их можно также не учитывать).

Таким образом, магнитные потери в активной стали магнитопровода составляют основную часть потерь холостого хода. При их определении пользуются зависимостью удельных потерь в электротехнической стали от амплитуды магнитной индукции .

Напомним, что тип стали был предварительно выбран ранее (см. стр. 11–12).

Магнитная индукция в стержне также определена ранее по формуле (2.5). Магнитную индукцию в ярме определяют аналогично по напряжению витка и активному сечению ярма :

, (4.8)

где − по формуле (2.4); – см. задание; − по формуле (4.1).

Пластины стержней и ярм из холоднокатаной стали вырезают так, чтобы вектор магнитной индукции совпадал с направлением прокатки стали. Тогда удельные потери для этого случая при частоте Гц определяются по табл. 4.1. Определите удельные потери для своего типа стали.

Далее необходимо выбрать схему шихтовки магнитопроводов. Некоторые примеры таких схем показаны на рис. 4.3. Каких-либо рекомендаций на этот счет не имеется, поэтому предварительно можно выбрать любую схему из четырех. При окончательном расчете в случае необходимости можно будет выбрать другой вариант.

Таблица 4.1

Удельные потери в стали

Тл	Марка стали (толщина стали)			Тл		Марка стали (толщина стали)
	3404 (0,35 мм)	3405 (0,3 мм)	M4X (0,28 мм)			3404 (0,35 мм)	3405 (0,3 мм)	M4X (0,28 мм)
	, Вт/кг			, Вт/кг
1,28 1,30 1,32 1,34 1,36 1,38 1,40 1,42 1,44 1,46 1,48 1,50 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60	0,763 0,785 0,814 0,843 0,872 0,901 0,930 0,964 0,998 1,032 1,066 1,100 1,134 1,168 1,207 1,251 1,295	0,694 0,715 0,739 0,763 0,787 0,811 0,835 0,860 0,869 0,916 0,943 0,970 1,004 1,038 1,074 1,112 1,150	0,615 0,635 0,658 0,681 0,704 0,727 0,750 0,778 0,806 0,834 0,862 0,890 0,926 0,962 1,000 1,040 1,080		1,62 1,64 1,66 168 1,70 1,72 1,74 1,76 1,78 1,80 1,82 1,84 1,86 1,88 1,90 2,00		1,353 1,411 1,472 1,536 1,600 1,672 1,744 1,824 1,912 2,00 2,09 2,18 2,27 2,36 2,45 3,00	1,194 1,238 1,288 1,344 1,400 1,460 1,520 1,588 1,664 1,740 1,815 1,89 1,97 2,06 2,15 2,63	1,132 1,184 1,244 1,312 1,380 1,472 1,564 1,660 1,760 1,860 1,950 2,040 2,130 2,220 2,400 2,820

П ри отклонении магнитного потока от направления прокатки магнитные потери увеличиваются (рис. 4.4). Так, в углах магнитопровода с прямыми стыками пластин ярма и стержня (рис. 4.4, а) угол между вектором индукции и направлением про­катки стали изменяется от 0 до 90 градусов, что приводит к увеличению магнитных потерь в заштрихованной зоне. При косых стыках (рис. 4.4, б) заштрихованная зона несовпадения направлений магнитного потока прокатки стали меньше, чем при прямых стыках.

Следовательно, увеличение магнитных потерь зависит от числа косых и прямых стыков в магнитопроводе (рис. 4.3) и может быть учтено коэффициентом характеризующим увеличение потерь в углах магнитопровода (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Коэффициент

Число углов со стыками		Значение коэффициента для стали
косыми	прямыми	3404 (0,35 мм)	3405 (0,3 мм)	M4X (0,28 мм)
6*	–*	8,58	8,85	9,10
5**	1**	9,38	9,74	10,10
4***	2***	10,18	10,64	11,10

* − по рис. 4.3, а.

** − комбинированный стык по рис. 4.3, в, г.

*** − по рис. 4.3, б.

Определите данный коэффициент для своего типа стали и схемы шихтовки.

Резка пластин стали, закатка и срезание заусенцев, прессовка стержней и ярм магнитной системы, расшихтовка и зашихтовка верхнего ярма для насадки обмоток на стержни также увеличивают потери в стали. Общее увеличение магнитных потерь из-за технологических факторов учитывают коэффициентом добавочных потерь (табл. 4.3) в зависимости от мощности трансформатора и применения отжига.

Как видно, отжиг пластин магнитопровода после резки и закатки заусенцев уменьшает добавочные потери.

Таблица 4.3

Коэффициент добавочных потерь

Состояние пластин после резки	, кВА
	До 250	400–630		1000–6300	10000 и более
	Коэффициент
Отожжены	1,12	1,13	1,15		1,20
Не отожжены	1,22	1,23	1,26		1,31

В результате потери холостого хода в магнитопроводе стержневого типа (как и в нашем случае):

, (4.9)

где − по табл. 4.2, 4.3; − по табл. 4.1; − по формулам (4.4), (4.5), (4.6).

Полученное значение потерь холостого хода не должно превышать заданного (см. задание) более чем на 7,5 %. В противном случае необходимо добиться выполнения этого условия, например, меняя марку и толщину стали, схему шихтовки магнитопроводов, возможность применения отжига и применения прессующей пластины (см. выше). Рекомендуем тщательно разобрать, как влияют те или иные указанные меры на потери холостого хода.

Отметим, что представленная методика расчета потерь упрощена для учебных целей.