Лекции / Лекция 05 Работа трансформаторов под нагрузкой

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора.

Под КПД трансформатора, так же как и всякой другой элект-

рической машины, мы понимаем отношение отдаваемой трансформатором мощности Р2, выраженной в единицах активной мощности, т. е. в киловаттах или ваттах, к подведенной мощности Р1 выраженной в тех же единицах, что Р2. Таким образом,

P2 .

P1

Так какКПД силовоготрансформатора весьма высок (в трансформаторах большой мощности выше 99%), то метод прямого определения КПД путем непосредственного измерения мощностей Р1 и Р2 не может найти себе применения, поскольку неизбежные погрешности при измерений мощностей Р1 и Р2 могут дать грубую ошибку в определении КПД.

Поэтому чаще применяют методы косвенного определения КПД,когда та илииная мощность выражается через другую ипотери.

Пусть рс – потери в стали трансформатора и рм – потери в меди обмоток. Тогда

P1 P2 рс рм

и

P2 рPс2 рм 100% 1 P2 рс рс рмрм 100%.

При определении всех этих величин мы делаем ряд упрощающих предположений, неизбежно приводящих к некоторым погрешностям, но а) упрощающих определение КПД и б) дающих вполне удовлетворительные конечные результаты, так как допускаемые ошибки сами по себе невелики, относятся к величинам второго порядка и частью взаимно компенсируются.

Мощность Р2 в формуле (7.2) мы будем называть расчётной мощностью трансформатора. Она определяется по формуле

P2 КнгРн cos 2,

где Кнг – коэффициент нагрузки трансформатора.

Расчетная мощность имеет условный характер и не совпадает с той действительной мощностью, которую трансформатор отдает при работе. Напомним, что номинальным вторичным напряжением транс-

форматора называется напряжение при холостом ходе, т. е. U2н =U20 . Следовательно, номинальная мощность трансформатора на стороне вторичной обмотки составляет U2нI2н . Действительная мощность, от-

даваемая трансформатором при токе I2н , составляет P2 U2нI2н , где

U2 – действительное вторичное напряжение при работе трансформа-

тора. Следовательно, расчетная мощность трансформатора отличается от действительной отдаваемой им мощности в той же мере, в какой напряжение U20 отличается от напряжения U2 .

Такой же условный характер носит определение рс и рэл. .

Будем считать, что трансформатор работает при номинальном

вательно, изменение ЭДС E1 зависит от падения напряжения в первичной обмотке трансформатора: при индуктивной нагрузке ЭДС E1 с увеличением нагрузки уменьшается, а при емкостной может

увеличиться (см. рис. 7.8). Следовательно, при индуктивной наггрузке трансформатора потери в стали будут меньше по сравнению с потерями при холостом ходе, а при емкостной нагрузке могут быть больше. Обычно, если изменение нагрузки происходит в нормальных пределах, изменение ЭДС не превышает 1,5 – 4%. Следовательно, потери в стали изменяются на 3 – 8%. Таким изменением можно практически пренебречь и считать, что при указанных нами условиях работы трансформатора потери в его стали не зависят от нагрузки, т. е. pс p0 const.

Равным образом мощность короткого замыкания рк не совсем

точно определяет те потери в обмотках, которые имеют место при работе трансформатора под нагрузкой. В самом деле, если мы, поддерживая постоянный вторичный ток, перейдем от режима короткогозамыкания к работе под нагрузкой, то первичный ток изменится, так как I1 I2 I0. При индуктивной нагрузке ток I1 , при таком переходе

возрастает, и соответственно увеличиваются потери в меди первичной обмотки, а при емкостной нагрузке имеет место обратное явление (см. рис. 7.5, а, б). Таким образом, пренебрегая током I0 , мы преуменьшаем действительные потери в меди при индуктивной нагрузке

трансформатора и преувеличиваем эти потери для емкостной нагрузки. Однако, так как влияние тока I0 весьма невелико, то и это третье

допущение, подобно двум первым, почти не влияет на КПД трансформатора, тем более, что оно частично компенсирует ошибку, допускаемую при определении потерь в стали.

Если нагрузка составляет Кнг -ю часть от номинальной, то счи-

тается, что в такой же степени изменяются токи в обмотках трансформатора. При этом поправка на изменение температуры обмоток не

ной в формуле (7.2) является коэффициент нагрузки kнг , то можно оп-

ределить, при каком значении этого коэффициента КПД трансформатора достигает максимума. Для этого достаточно взять

т. е. КПД достигает максимума при такой нагрузке, при которой потери в обмотках равны потерям в стали, или, как говорят иначе, переменные потери равны постоянным.