6.5 Мощность потерь в трансформаторе

Отношение активной мощности2 на выходе трансформатора к активной мощност1Р на вход Ри е

12P/Р=η или ()()%%10012⋅=P/Рη

называется коэффициентом полезного действия трансформатора. Коэффи-циент полезного действия трансформатора зависит от режима работы.

При номинальных значениях напряжения НUU11= и тока НII11= на первичной обмотке трансформатора и коэффициенте мощности прием-ника 2cosϕ>0,8 коэффициент полезного действия очень высок и у мощных электрических трансформаторов превышает 99 %.

145

По этой причине не применяется прямое определение коэффициента полезного действия трансформатора на основании непосредственного из-мерения мощностей и , так как для получения удовлетворительных результатов нужно было бы измерять мощности и с очень высокой точностью (свыше 1 %), что практически трудно получить. 1Р2Р1Р2Р

Но относительно просто можно определить коэффициент полезного действия методом косвенного измерения, основанного на прямом измере-нии мощности потерь в трансформаторе.

Так как мощность потерь 21PPP−=Δ, то коэффициент полезного действия трансформатора PPPPPPPPPPPΔΔΔΔΔη+−=−=−=+=21112211.

Мощность потерь в электрических трансформаторах равна сумме мощностей потерь в магнитопроводе (потери в стали) и в проводах об-моток (потери в меди). сРMР

При номинальных значениях первичных напряжений U и тока мощности потерь в магнитопроводе и проводах обмоток практиче-ски равны активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно. =1нU1нII11=

6.6 Автотрансформаторы

В ряде случаев при передаче электроэнергии требуется соединить через трансформатор электрические цепи, отношение номинальных на-пряжений которых не превышает два, например цепи высокого напряже-ния 110 и 220 кВ.

В подобных случаях экономически целесообразно вместо электро-трансформатора применить автотрансформатор, так как его коэффициент полезного действия выше, а габариты меньше, чем у электротрансформа-тора той же номинальной мощности.

Автотрансформатор отличается от электротрансформатора тем, что имеет лишь одну обмотку – обмотку высшего напряжения, а обмоткой низшего напряжения служит часть обмотки высшего напряжения (рису- нок 6.6).

Обмотка высокого напряжения автотрансформатора может быть первичной (рисунок 6.6,а) и вторичной (рисунок 6.6,б).

Напряжения и токи автотрансформатора связаны теми же прибли-женными соотношениями, что и в электротрансформаторе, если пренеб-речь резистивными сопротивлениями обмоток (021==r2r) и индуктивны-ми сопротивлениями потоков рассеяния ( 0 1==LSxLSx)

146

212121IIwwUU≈≈.

Ток в общей части обмотки равен разности первичного и вторич-ного токов (рисунок 6.6). 1I&

Если коэффициент трансформации лишь немного отличается от еди-ницы, то действующие значения токов и , и их фазы почти одинаковы и их разность (-) мала по сравнению с каждым из них. 2I1I2I1I

Поэтому общую часть первичной и вторичной обмоток можно сде-лать из значительно более тонкого провода, то есть стоимость обмотки ав-тотрансформатора меньше, чем обмоток электротрансформатора и для ее размещения требуется меньше места.

Расчетная полная мощность общей части обмотки автотрансформа-тора

()()12221221w/wIUIIUS−≈−≈′.

Расчетная полная мощность остальной части обмотки

()()12112111w/wIUUUIS−≈−≈′′.

А так как приближенно U1122IUI⋅≈⋅, то атS"S'S≈≈.

Расчетная полная мощность каждой из обмоток обычного трансфор-матора

1122IUUIST≈≈.

Следовательно, при одной и той же полной мощности в сопротивле-нии нагрузки получается следующее соотношение между расчетными пол-ными мощностями автотрансформатора и электротрансформатора 121wwSSЭТAT−=,

то есть чем меньше различаются числа витков и (коэффициент трансформации 2w1wКблизок к единице), тем выгоднее применять автотранс-форматор.

147

a)б)122122121112IIIIIIIIUU............12UU12wwww

Рисунок 6.6 – Схема автотрансформаторов с первичной обмоткой высшего напряжения (а) и первичной обмоткой низ-шего напряжения (б)

Так как первичная и вторичная цепи автотрансформатора электриче-ски соединены, то при высоком напряжении на первичной стороне и большом коэффициенте трансформации (например, К=6000 В/220 В), при пользовании вторичным напряжением необходимо принимать дополни-тельные меры к обеспечению безопасности и усилению изоляции вторич-ной электрической цепи.

Широкое применение находят лабораторные маломощные авто-трансформаторы (ЛАТРы), позволяющие изменениям положения точки (рисунок 6.6.) регулировать вторичное напряжение. а