Коэффициент полезного действия трансформатора

Коэффициентом полезного действия (КПД) трансформатора называется отношение активной мощности вторичной обмотки к активной мощности первичной обмотки. Коэффициент полезного действия трансформаторов имеет высокие значения. У силовых трансформаторов небольшой мощности он примерно равен 0,95, а у трансформаторов мощностью в несколько мегавольт-ампер доходит до 0,995.

Для трансформаторов КПД рекомендуется находить по формуле

, (4.2)

где ΣP – сумма потерь в трансформаторе.

В трансформаторе имеются два вида потерь: магнитные, вызванные прохождением потока по сердечнику, и электрические потери, возникающие при протекании тока по обмоткам.

Так как магнитный поток трансформатора при U₁ = const и изменении нагрузки от холостого хода до номинальной остается постоянным, то и магнитные потери в этом диапазоне нагрузок также можно принять равными потерям холостого хода Р₀. Электрические потери пропорциональны квадрату тока. Их удобно выразить через потери короткого замыкания, полученные при номинальном токе:

.

Напряжение вторичной обмотки мало изменяется в рассматриваемом диапазоне нагрузки, поэтому при определении КПД принято считать U₂≈ U_2ном= const. Тогда

,

где S_ном= m₂U_2номI_2ном– номинальная мощностьтрансформатора; т₂-число фаз.

Учитывая сказанное, из (4.2) получаем расчётную формулу для определения КПД:

(4.3).

Примерный вид зависимости η=f(β) для трансформатора показан на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Зависимость η=f(β)

Максимум КПД можно найти из условия равенства производной дη/дβнулю, откуда получаем, что КПД будет иметь максимальное значение при такой нагрузке β_m , когда постоянные потери будут равны переменным:

или .

У современных силовых масляных трансформаторов отношение Р₀/Р_К≈0,15 – 0,25, что дает β_m =0,4 – 0,5, т.е. такие токи нагрузки, которые наиболее вероятны при эксплуатации трансформатора.

Характерной особенностью зависимости η=f(β) трансформаторов является малое изменение их КПД при значительных колебаниях нагрузки в зоне β> β_m. На КПД трансформатора оказывает влияние характер нагрузки С повышением cosφ₂ КПД увеличивается, так как при этом возрастает полезная активная мощность, а потери при β = const остаются неизменными.

Из рис. 4.2. видно, что недогруженный трансформатор имеет низкий КПД, поэтому эксплуатация его при нагрузках, намного меньше номинальной, экономически нецелесообразна. Номинальная мощность трансформатора должна по возможности точно соответствовать реальной мощности нагрузки.