1.4. Потери мощности и кпд трансформатора

Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса активных мощностей при этом имеет вид:

,

где – активная мощность первичной обмотки;

– активная мощность нагрузки.

Коэффициент полезного действия (КПД) трансформатора определяется как отношение полезной мощности к потребляемой:

.

КПД мощных трансформаторов очень высок и разница величинисравнима с погрешностью приборов, используемых для измерения мощности. Поэтому определение величинрекомендуется проводить расчетным путем (косвенный метод), используя данные опытов холостого хода и короткого замыкания.

При постоянстве напряжений питающей сети и его частотымагнитный потокпрактически не зависит от величины тока нагрузки. Поэтому потери в стали, определяемые величиной индукции магнитного потока, при нагрузке равны потерям холостого хода. Это постоянные потери (рис. 3).

Потери в обмотках определяются величиной тока нагрузки и будут переменными потерями. Их можно определить по мощности опыта короткого замыканияследующим образом:

, (6)

где - коэффициент нагрузки трансформатора.

При выводе (6) учтено, что при достаточно больших токах нагрузки .

Активная мощность нагрузки:

, (7)

где – полная мощность трансформатора в номинальном режиме.

Подставляя (6), (7) в (5), получим:

. (8)

График зависимости КПД трансформатора от коэффициента нагрузки приведен на рис. 3. Функция имеет максимум при , т. е. когда постоянные потери в сталистановятся равными переменным потерям в меди .

2. Описание экспериментальной установки

Принципиальная электрическая схема экспериментальной установки приведена на рис. 4. Установка содержит исследуемый однофазный трансформатор, амперметры идля измерения тока первичной и вторичной обмоток, вольтметрыидля измерения напряжений в первичной и вторичной цепи, ваттметрдля измерения активной мощноститрансформатора.

С помощью переключателя П9 на вторичную обмотку подается или номинальное напряжение , или пониженное напряжениедля испытания трансформатора в режиме короткого замыкания. С помощью переключателей П2-П8 регулируется сопротивление нагрузки от холостого хода до номинального значения. Для более точного измерения напряжения на первичной обмотке в режиме короткого замыкания предел измерения вольтметраравен 0 – 15В.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки

3. Порядок выполнения работы

1. Исследование трансформатора в режиме холостого хода.

Установить переключатель П9 в положение «Сх 1». Отключить нагрузку (П2-П8 выключены). Включить трансформатор в сеть (включатель П1). Записать показания приборов в таблицу 1.

2. Исследование трансформатора при работе на активную нагрузку.

Установить переключатель П9 в положение «Сх 1». Включить П1. Постепенно увеличивать ток нагрузки (включая П2-П8), произвести 7 измерений параметров и записать результаты в таблицу 1.

3. Исследование трансформатора в режиме опытного короткого замыкания.

Установить переключатель П9 в положение «Сх 2». Включить П10. Записать показания приборов в таблицу 1.

Таблица 1

Режим работы	Номер опыта	Измеряемые величины					Расчетные величины
Холостой ход	1					0		0		0
Нагрузка	2 3 4 5 6 7 8
Короткое замыкание	9				0			-		-