4.3.Потери мощности в трансформаторе и кпд трансформатора

4.3.1. Потери мощности в трансформаторе

В трансформаторе возникает два вида потерь мощности: 1. Электрические потери Р_эл - возникают в обмотках трансформатора и обусловлены их нагреванием при протекании по ним электрического тока. Электрические потери зависят от величины сопротивления обмоток и силы тока: ; 2. Магнитные потери Р_м - возникают в магнитопроводе из-за переменного магнитного поля. Магнитные потери состоят из двух видов потерь: потери от вихревых токов Р_В; потери из-за гистерезиса Р_Г, которые вызваны периодическим перемагничиванием сердечника переменным магнитным полем.

Магнитные потери зависят от конструкции магнитопровода, его массы, материла, частоты тока (~f1,3), величины магнитной индукции(~B2), напряжения(~U2).

Потери мощности в трансформаторе определяются из опыта холостого хода (Рм) и короткого замыкания (Рз).

При проведении опыта холостого хода (рис.4.7) на вторичной обмотке трансформатора отсутствует нагрузка. На первичную обмотку трансформатора подается номинальное напряжение U1ном, при этом ток во вторичной обмотке трансформатора отсутствует, а в первичной обмотке протекает ток холостого хода, составляющий 5 - 10 % от номинального тока (I1ХХ = (5 - 10)% I1ном).

Рис. 4.7

Из опыта холостого хода определяется:

1) коэффициент трансформации 2) мощность магнитных потерь Рм (электрическими потерями можно пренебречь)

При проведении опыта короткого замыкания вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко (рис.4.8). На первичную обмотку трансформатора подается пониженное напряжение U1КЗ = (5 - 10)% U1ном так, чтобы в обмотках протекали номинальные токи. При этом ваттметр показывает мощность электрических потерь Рэл, т.к. магнитными потерями можно пренебречь.

Рис. 4.8

4.3.2. Кпд трансформатора

КПД трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе трансформатора к активной мощности на выходе первичной обмотки.

КПД трансформатора зависит: 1) от конструкции трансформатора; 2) от степени загрузки трансформатора (рис 4.9, Максимальный КПД будет у трансформатора с коэффициентом загрузки β = 0,45..0,65 ( )); 3) от характера нагрузки (наибольший КПД трансформатор имеет при активной нагрузке).

4.4. Типы трансформаторов

4.4.1. Автотрансформатор

Автотрансформатор - это трансформатор, имеющий на сердечнике только одну обмотку, к разным точкам которой подсоединены первичная и вторичная цепи (рис.4.10).

Коэффициент трансформации:

Достоинства: 1. Меньший расход материала для обмоток и сердечника. 2. Меньшие габариты, более дешёвый. 3. Меньшие потери мощности, более высокий КПД. 4. Возможность плавного регулирования напряжения.

Рис. 4.10

Недостатки: 1, Электрическая связь между обмотками (отсутствие гальванической развязки), что может привести к попаданию высокого напряжения в цепь низкого напряжения. 2. Невысокий коэффициент трансформации (К = 1,5 - 2). 3. Большие токи короткого замыкания.

ЛАТР - лабораторный автотрансформатор.

4.4.2. Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы применяются для расширения пределов измерения приборов переменного тока.

Различают измерительные трансформаторы напряжения и измерительные трансформаторы тока.

Измерительные трансформаторы напряжения служат для включения вольтметров и обмоток напряжения других измерительных приборов и реле. Такие трансформаторы отделяют цепи высокого напряжения от измерительных цепей, что обеспечивает безопасность обслуживающего персонала и упрощает изоляцию токоведущих цепей.

Принципиальная схема трансформатора напряжения и включение его в сеть высокого напряжения показана на рис. 4.11.

Рис. 4.11

Измеряемое высокое напряжение U1 подается на первичную обмотку трансформатора с выводами А и Х; к вторичной обмотке низшего напряжения U2 с выводами а и х подключается вольтметр. Так как сопротивление вольтметра очень велико, то трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу.

Номинальный коэффициент трансформации:

Трансформатор напряжения так же, как и измерительные приборы, имеют класс точности 0,5; 1,0; 3,0.

Измерительные трансформаторы тока служат для включения амперметров и токовых обмоток других измерительных приборов. Принципиальная схема трансформатора тока и схема его включения показана на рис. 4.12.

Рис. 4.12

Первичная обмотка трансформатора с выводами Л1 и Л2 включается в цепь или линию, в которой определяется ток I, а вторичная обмотка с выводами И1 и И2 замыкается амперметром. Сопротивление амперметра очень мало, поэтому трансформатор работает в режиме, близком к короткому замыканию.

Ток I1 находится по показаниям амперметра через коэффициент трансформации: I1 = K I2.

Трансформатор тока имеет классы точности 0,2; 0.5; 1; 3; 10.

У трансформатора тока, включенного в линию нельзя размыкать вторичную обмотку, т.к. в этом случае возрастает ЭДС вторичной обмотки и потери в стали, что может привести к опасным для жизни перенапряжениям и разрушению изоляции. Если во время работы необходимо отсоединить амперметр, то предварительно вторичная обмотка закорачивается специально для этого предназначенным рубильником Q.