6.5 Мощность потерь в трансформаторе

Отношение активной мощности

^Р₂ ^{на выходе трансформатора к}

активной мощности

Р₁ на входе

^{  Р}₂ ^{/ P}₁ ^{или %  Р}₂ ^{/ P}₁ ^{⋅100 %}

называется коэффициентом полезного действия трансформатора. Коэффи-

_{циент полезного действия трансформатора зависит от режима работы.}

При номинальных значениях напряжения

^U₁ ^{ U}_1Н

и тока

^I₁ ^{ I}_1Н

_{на первичной обмотке трансформатора и коэффициенте мощности прием-}

ника

^cosϕ ₂ ^{>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

^Р₁ ^и

^Р₂ ^{, так как для получения удовлетворительных}

результатов нужно было бы измерять мощности

^Р₁ ^и

^Р₂ ^{с очень высокой}

точностью (свыше 1 %), что практически трудно получить.

Но относительно просто можно определить коэффициент полезного действия методом косвенного измерения, основанного на прямом измере-

_{нии мощности потерь в трансформаторе.}

Так как мощность потерь

_{действия трансформатора}

^{∆P  P}₁ ^{− P}₂ ^{, то коэффициент полезного}

_{ } ^P2

_ ^P₁ ^{− ∆P} _{ 1 −} ^∆P _{ 1 −}

^∆P _.

^P₂ ^{ ∆P P}₁

^P₁ ^P₂ ^{ ∆P}

_{Мощность потерь в электрических трансформаторах равна сумме}

мощностей потерь в магнитопроводе

^Р_с ^{(потери в стали) и в проводах об-}

^{моток Р}_M

(потери в меди).

^{При номинальных значениях первичных напряжений U}₁ ^{ U}_1н

и тока

^I₁ ^{ I}_1н

мощности потерь в магнитопроводе и проводах обмоток практиче-

ски равны активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно.

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 ( r}₁ ^{ r}₂

 0 ) и индуктивны-

^{ми сопротивлениями потоков рассеяния ( x}_LS1 ^{ x}_{LS 2}

_{ 0 )}

146

^U1 _≈ ^w1

^U ₂ ^w₂

_≈ ^I1 _.

^I ₂

Ток в общей части обмотки равен разности первичного ного токов (рисунок 6.6).

_I&₁

и вторич-

_{Если коэффициент трансформации лишь немного отличается от еди-}

ницы, то действующие значения токов

^I ₂ ^и

^I₁ ^{, и их фазы почти одинаковы}

и их разность ( I ₂ - I₁ ) мала по сравнению с каждым из них.

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

S ^′ ≈ U ₂ I ₂ − I₁  ≈ U ₂ I ₂ 1 − w₂ / w₁ .

Расчетная полная мощность остальной части обмотки

^{S ′′ ≈ I}₁ ^U₁ ^{− U} ₂ ^{ ≈ U}₁ ^I₁ ^{1 − w}₂ ^{/ w}₁ ^.

^{А так как приближенно U} ₂ ^{⋅ I} ₂ ^{≈ U}₁ ^{⋅ I}₁ ^{, то}

^{S' ≈ S" ≈ S}_ат ^.

Расчетная полная мощность каждой из обмоток обычного трансфор-

_матора

^S_T ^{≈ I} ₂^U ₂

^{≈ U}₁ ^I₁ ^.

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

^S AT

^S_ЭТ

_{ 1 −} ^w2 _,

^w₁

то есть чем меньше различаются числа витков

^w₂ ^и

^w₁ ^{(коэффициент}

трансформации форматор.

К близок к единице), тем выгоднее применять автотранс-

147

_{. .}

^I₁ ^I₂

_{. .}

I₂

_. ^w₁

I₁

^w_{2 .}

_{U U}

¹ _{w w} ²

_. ² _{. . .}

U U

¹ _{. .}

^{I1 I2 2 1}

^{I1 I2}

a) б)

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 а

_{(рисунок 6.6.) регулировать вторичное напряжение.}