6.4.5. Коефіцієнт корисної дії (к.К.Д.) трансформатора

Коефіцієнт корисної дії трансформатора  визначається як відношення корисної потужності Р₂, що віддається трансформатором, до потужності Р₁, що споживається ним з мережі живлення при даному навантаженні.

 = Р₂ / Р₁

Коефіцієнт корисної дії силових трансформаторів має значення близько 95–99%.

На практиці для визначення к.к.д. трансформатора користуються формулою

Враховуючи коефіцієнт завантаженості трифазного трансформатора

і враховуючи, що

попередню формулу можна представити в такому вигляді:

Цією формулою можна користуватись і для визначення к.к.д. однофазних трансформаторів.

6.5. Автотрансформатори

В тих випадках, коли вторинна напруга мало відрізняється від первинної, тобто коли коефіцієнт трансформації близький до одиниці, більш економічним є використання так званого автотрансформатора.

А втотрансформатор відрізняється від звичайного трансформатора тим, що має окрім магнітного зв’язку між обмотками ще і прямий електричний. Первинна і вторинна обмотка автотрансформатора з’єднані в одне спільне електричне коло. При цьому обмотка нижчої напруги є частиною обмотки вищої напруги.

Розглянемо схему автотрансформатора, що знижує напругу U₁ до напруги U₂.

Якщо знехтувати падінням напруги в обмотці, то індуковані в витках w₁ і w₂ ЕРС Е₁ і Е₂ будуть відповідно дорівнювати напругам U₁ і U₂.

Коефіцієнт трансформації автотрансформатора

n_АТ = U₁ / U₂ = E₁ / E₂ = w₁ / w₂.

Через витки w₁ – w₂ протікає струм I₁, а через витки w₂ – струм (I₂ – I₁).

Нехтуючи струмом холостого ходу і враховуючи напрямок струмів в обмотках, запишемо рівняння намагнічуючих сил:

Звідки

Сумарна потужність обмоток трансформатора не залежить від коефіцієнта трансформації

U₁ І₁ + U₂ І₂  2 U₂ І₂.

Загальна же потужність обмоток автотрансформатора залежить від коефіцієнта трансформації

І₁ (U₁ – U₂) + (І₂ – І₁)U₂  2 U₂ І₂(1– 1/ n_АТ).

Порівнюючи отримані вирази, можна побачити, що чим ближче коефіцієнт трансформації n_АТ до 1, тим менша сумарна потужність обмоток і тим вигідніше використання автотрансформатора.

В багатьох випадках автотрансформатори виготовляють з пристроями, що дозволяють змінювати коефіцієнт трансформації в умовах експлуатації.

Приклад – ЛАТР¹. Однією з клем вторинного кола є ковзаючий графітовий контакт. Його за допомогою рукоятки можна переміщувати по витках обмотки, очищеної в місцях дотику від ізоляції. Таким чином відбувається плавне регулювання вторинної напруги.

Автотрансформатор не можна використовувати для живлення установок низької напруги (наприклад 220 В) від високовольтної мережі (наприклад 1000 В), оскільки в цьому випадку приєднані низьковольтні споживачі є пов’язані безпосередньо з мережею високовольтної напруги. Це неприпустимо за умов безпеки обслуговування установок і цілісності ізоляції струмопровідних частин.

Автотрансформатори можуть бути однофазними і трифазними. В останніх обмотки з’єднуються «зіркою».

Питання для самоперевірки.

1. Що таке трансформатор?

2. Для чого використовується підвищуючий трансформатор на електростанціях?

3. Навіщо потрібен магнітопровід в трансформаторі?

4. Чому магнітопровід трансформатора набирається з тонких ізольованих пластин?

5. Принцип роботи трансформаторів. Як називаються обмотки трансформаторів?

6. Поясніть режим холостого ходу трансформатора. Що називають «головним магнітним потоком» та «потоком розсіювання»?

7. На що витрачається напруга первинної обмотки трансформатора в режимі холостого ходу?

8. Що таке коефіцієнт трансформації і коефіцієнт передачі? За якою формулою визначається коефіцієнт трансформації?

9. Чим визначаються втрати в режимі холостого ходу?

10. Поясніть роботу трансформатора під навантаженням? Що означає самовідновлення магнітного потоку?

11. Наведіть рівняння намагнічуючих сил трансформатора і поясніть як воно зв’язує струми первинної і вторинної обмоток?

12. Збільшився струм на навантаженні у вторинній обмотці. Як змінився струм в первинній обмотці?

13. Що станеться, якщо випадково підключити трансформатор до джерела постійного струму?

14. Дослід холостого ходу. Дослід короткого замикання.

15. Наведіть еквівалентну схему заміщення трансформатора на холостому ході і під навантаженням. Поясніть призначення її елементів.

16. Що означає термін «приведені параметри трансформатора»?

17. Наведіть повну Т-подібну еквівалентну схему заміщення трансформатора з приведеними параметрами і поясніть її побудову.

18. Для чого при вивченні трансформатора будуються векторні діаграми струмів, напруг та магнітних потоків?

19. Поясніть утворення спрощеної схеми заміщення трансформатора.

20. Поясніть поняття «активний, індуктивний і повний опір трансформатора». Як вони визначаються?

21. Чим викликана зміна вторинної напруги трансформатора?

22. Які можливі способи з’єднання обмоток трифазного трансформатора і як вони позначаються?

23. Як визначаються групи з’єднання обмоток трифазного трансформатора?

24. Які параметри трансформатора відносяться до номінальних?

25. Що визначають електричні втрати трансформатора і як їх визначити?

26. Чим відрізняється аварійний режим короткого замикання від досліду короткого замикання?

27. 16. Що визначають магнітні втрати трансформатора і як їх визначити?

28. Чим відрізняється автрансформатор від звичайного трансформатора?