Коэффициент полезного действия
При работе трансформаторов возникают потери в ферромагнитном сердечнике при перемагничивании и электрические потери в обмотках. Поэтому активная мощность потребляемая трансформатором из сети отличается от активной мощности отдаваемой трансформатором нагрузке.
Отношение активной мощности отдаваемой трансформатором приемнику к активной мощности подведенной к трансформатору из сети называется его коэффициентом полезного действия.
= Р2 / Р1,
где Р2 - активная мощность отдаваемая трансформатором приемнику, Р1 - активная мощность подведенная к трансформатору из сети.
К.П.Д. у мощных трансформаторов достигает 95 - 99 %, а у трансформаторов малой и средней мощности 70 - 90 %.
Р2 = Р1 - Рст - Рэл,
где Рст - потери мощности в стали, в справочной литературе их обозначают PХХ; Рэл - электрические потери в обмотках. Эти величины определяют из опытов холостого хода и короткого замыкания.
Энергетическая диаграмма трансформатора может быть представлена следующим образом:
КПД трансформатора также зависит от загруженности трансформатора и от характера нагрузки, то есть коэффициента мощности приемника.
Загрузка трансформатора в рабочем режиме оценивается коэффициентом нагрузки:
= Р2 /Sнcos = I2 / I2н
где Р2 - полезная мощность трансформатора; Sн - номинальная полная мощность; cos - коэффициент мощности нагрузки (приемника); I2 - ток во вторичной обмотке; I2н - номинальный ток вторичной обмотки.
Активная мощность, отдаваемая трансформаторм приемнику при любом характере нагрузки и произвольной загруженности определяется выражением:
Р2 = I2 U2 cos = I2н U2cos = Sнcos .
Потери в стали не зависят от нагрузки и загруженности трансформатора и равны потерям холостого хода, которые определяются в опыте короткого замыкания.
Потери в обмотках пропорциональны квадрату тока. Определяются они из опыта короткого замыкания. При произвольной нагрузке трансформатора потери в обмотках расчитываются с учетом загруженности трансформатора:
Рэл = 2Рк,
где Рк - мощность потребляемая в опыте короткого замыкания.
В общем случае, для произвольной нагрузки КПД трансформатора определяется выражением:
.
График зависимости от коэффициента загрузки имеет вид:
При заданном значении коэффициента мощности нагрузки КПД трансформатора зависит только от коэффициента загрузки.
Можно определить при каком значении коэффициента загрузки КПД трансформатора будет максимален:
.
Силовые трансформаторы в период эксплуатации значительную часть времени оказываются загруженными не полностью, вследствие чего при проектировании трансформаторы расчитываются таким образом, чтобы максимальный КПД соответствовал их средней нагрузке, которая для силовых распределительных сетей находится в интервале (0,5 ‑ 0,7)Р2Н.
Поэтому оптимальный коэффициент загрузки для силовых трансформаторов, выпускаемых промышленностью лежит в интервале: ОПТ = 0,7 ‑ 0,5.