Мощность потерь в трансформаторе

Отношение активной мощности Р₂ на выходе трансформатора к активной мощности Р₁ на входе

или

называется коэффициентом полезного действия трансформатора. Коэффициент полезного действия трансформатора зависит от режима работы.

При номинальных значениях напряжения и тока на первичной обмотке трансформатора и коэффициенте мощности приемника коэффициент полезного действия очень высок и у мощных электрических трансформаторов превышает 99 %.

По этой причине не применяется прямое определение коэффициента полезного действия трансформатора на основании непосредственного измерения 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 измерении мощности потерь в трансформаторе.

Так как мощность потерь , то коэффициент полезного действия трансформатора

.

Мощность потерь в электрических трансформаторах равна сумме мощностей потерь в магнитопроводе Р_С (потери в стали) и в проводах обмоток Р_М (потери в меди).

При номинальных значениях первичных напряжений и тока мощности потерь в магнитопроводе и проводах обмоток практически равны активным мощностям трансформатора в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно.

Автотрансформаторы

В ряде случаев при передаче электроэнергии требуется соединить через трансформатор электрические цепи, отношение номинальных напряжений которых не превышает два, например цепи высокого напряжения ПО и 220 кВ.

В подобных случаях экономически целесообразно вместо электротрансформатора применить автотрансформатор, так как его коэффициент полезного действия выше, а габариты меньше, чем у электротрансформатора 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 (рис. 6.6).

Обмотка высокого напряжения автотрансформатора может быть первичной (рис. 6.6,а) и вторичной (рис. 6.6,б).

Напряжения и токи автотрансформатора связаны теми же приближенными соотношениями, что и в электротрансформаторе, если пренебречь резистивными сопротивлениями обмоток ( ) и индуктивными сопротивлениями потоков рассеяния ( ):

Ток в общей части обмотки равен разности первичного и вторичного токов (рис. 6.6).

Если коэффициент трансформации лишь немного отличается от единицы, то действующие значения токов и и их фазы почти одинаковы и их разность ( ) мала по сравнению с каждым из них.

Поэтому общую часть первичной и вторичной обмоток можно сделать из значительно более тонкого провода, то есть стоимость обмотки автотрансформатора меньше, чем обмоток электротрансформатора, и для ее размещения требуется меньше места.

Расчетная полная мощность общей части обмотки автотрансформатора:

Расчетная полная мощность остальной части обмотки

А так как приближенно то

Рис. 6.6. – Схема автотрансформаторов с первичной обмоткой высшего напряжения (а) и первичной обмоткой низшего напряжения (б)

Расчетная полная мощность каждой из обмоток обычного трансформатора:

Следовательно, при одной и той же полной мощности в сопротивлении нагрузки получается следующее соотношение между расчетными полными мощностями автотрансформатора и электротрансформатора:

то есть чем меньше различаются числа витков и (коэффициент трансформации К близок к единице), тем выгоднее применять автотрансформатор.

Так как первичная и вторичная цепи автотрансформатора электрически соединены, то, при высоком напряжении на первичной стороне и большом коэффициенте трансформации (например, К = 6000 В/220 В), при пользовании вторичным напряжением необходимо принимать дополнительные меры к обеспечению безопасности и усилению изоляции вторичной электрической цепи.

Широкое применение находят лабораторные маломощные автотрансформаторы (ЛАТРы), позволяющие изменениями положения точки а (рис. 6.6.) регулировать вторичное напряжение.