45
– индуктивное сопротивление короткого замыкания по (45):
xк = ZК2−rК2 = 20,82−7,12 = 19,6 Ом.
Приняв температуру окружающей среды θ1 = 20 °С, полученные значения величин приводим к рабочей температуре обмоток +75 °С:
– активное сопротивление короткого замыкания по (45)
rК 75 = 7,1·[1 + 0,004(75-20)]= 8,6 Ом;
– полное сопротивление короткого замыкания
zК 75 = 19,62+8,62 = 21,5 Ом;
– мощность короткого замыкания по (45)
PК 75 = 3·I1 К2·rК 75 = 3·9,152·8,6 = 2160 Вт;
– коэффициент мощности по (44)
cosϕК 75 = rК 75/zК 75 = 8,6/21,5 = 0,40.
3.4 КПД трансформатора
В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.
Электрические потери обусловлены нагревом обмоток трансформатора при прохождении по этим обмоткам электрического тока. Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора.
Активная мощность Р1, поступающая из сети в первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке РЭ1. Мощность электрических потерь Рэ1 в первичной обмотке пропорциональна квадрату тока I1 и определяется по формуле
РЭ1 = m·I12·r1, |
(53) |
где m – число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора m = 1, для трехфазного – m = 3).
Магнитные потери происходят, главным образом, в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь – систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагни-
46
чивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса РГ, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов РВ.Т., наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:
РМ = РГ + РВ.Т.. |
(54) |
При неизменном первичном напряжении (U1 = const) магнитные
потери постоянны.
Оставшаяся после этого мощность называется электромагнитной мощностью РЭМ = Р1 − РЭ1 − РМ. Она передается электромагнитным путем во вторичную обмотку, где частично расходуется на электрические
потери в этой обмотке РЭ2 = m·I′22·r2′. Активная мощность Р2, поступающая в нагрузку:
Р2 = РЭМ − РЭ2 . |
(55) |
Основные виды потерь, сопровождающие рабочий процесс трансформатора, показаны на энергетической диаграмме (рисунок 26).
а) |
б) |
Рисунок 26 − Зависимость потерь трансформатора РЭ и РМ от его нагрузки β (а) и энергетическая диаграмма трансформатора (б)
Коэффициент полезного действия трансформатора определяет-
ся как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки Р2 (полезной мощности) к активной мощности на входе первичной обмотки Р1 (подводимой мощности):
47
η = |
Р2 |
|
Р1 − РЭ1 − РМ − РЭ2 |
|
Р1 − РМ − РЭ |
=1 − |
ΣР |
|
Р1 |
= |
Р1 |
= |
Р1 |
Р1 . |
(56) |
||
Электрические потери РЭ в первичной и вторичной обмотках: |
|
|||||||
|
|
|
РЭ = РЭ1 + РЭ2 = m·I12·r1 + m·I′22·r2′. |
|
(57) |
|||
Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора.
Зависимость КПД трансформатора от величины нагрузки показана на рисунке 27. Характерной особенностью трансформаторов является малое изменение их КПД при значительных колебаниях нагрузки. С повыше-
нием cosϕ2 КПД увеличивается, так как при этом возрастает полезная активная мощность. Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при нагрузке β = 0,45 ÷ 0,65 от номинальной.
η
Рисунок 27 − Зависимость КПД трансформатора от нагрузки β = Р2/ Р2 НОМ
С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала – тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос).