Потери и кпд силового трансформатора
Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается магнитными и электрическими потерями.
Магнитные потери (потери в стали) при U1=const не зависят от нагрузки трансформатора, называются постоянными и определяются из режима холостого хода по формуле (5.8).
Электрические потери на нагревание обмоток, пропорциональные квадрату токов и зависящие от нагрузки трансформатора, называются переменными и определяются из опыта короткого замыкания по формуле (5.15).
Суммарные потери составляют
,
КПД трансформатора
, (5.17)
где P1 и Р2 – потребляемая и полезная активные мощности трансформатора.
Современные силовые трансформаторы имеют КПД, равный 0,95…0,995. Зависимость КПД трансформатора от нагрузки и cos2 показана на рис. 5.3. Относительная разность мощностей Р1 и Р2 при этом оказывается сравнимой с погрешностью электроизмерительных приборов. Поэтому при определении КПД рекомендуется измерять одну из мощностей, а другую определять по измеренной мощности и потерям.
Рис. 5.3
КПД может быть вычислен по формулам:
. (5.18)
При использовании паспортных данных трансформатора КПД определяется зависимостью
. (5.19)
Для наглядного представления рабочих свойств трансформатора по результатам исследования под нагрузкой могут быть построены графики P1=f(P2), I1=f(P2), cos1=f(P2), U2=f(P2), =f(P2) при U1=U1н и cos2=const.
Схема замещения трансформатора
Схемой замещения трансформатора называется электрическая цепь, в которой магнитная связь между обмотками заменена электрической связью между активно-индуктивными элементами. Схема замещения описывается теми же уравнениями и имеет энергетические характеристики, эквивалентные реальному трансформатору.
Наибольшее применение на практике имеет упрощенная Г-образная схема замещения (рис. 5.4). Для мощных трансформаторов применяется простейшая схема (рис. 5.5).
Параметры схемы замещения определяются по результатам опытов холостого хода при U1=U1н и короткого замыкания:
Рис. 5.4 Рис. 5.5
Контрольные вопросы и задания
1. Где и для каких целей используются трансформаторы в технике?
2. Объясните устройство, назначение основных элементов конструкции и принцип действия двухобмоточного силового трансформатора.
3. Почему для изготовления магнитопровода трансформатора применяется специальная листовая электротехническая сталь?
4. Какими номинальными данными характеризуется силовой трансформатор?
5. Напишите основные уравнения двухобмоточного трансформатора: уравнение ЭДС для первичной и вторичной обмоток, уравнение намагничивающих сил.
6. Охарактеризуйте режим холостого хода силового трансформатора и особенности этого режима работы.
7. Укажите примерные соотношения между величинами тока, мощности и коэффициента мощности в режиме холостого хода и номинальном режиме.
8. Какие потери энергии (мощности) возможны в трансформаторе при холостом ходе, как они связаны с основным магнитным потоком и напряжением первичной обмотки трансформатора?
9. Что называется коэффициентом трансформации трансформатора? Как определить его расчетным и опытным путем?
10. Как производится опыт холостого хода и что определяется по результатам этого опыта?
11. Охарактеризуйте режим короткого замыкания трансформатора. Чем отличается опытное короткое замыкание от эксплуатационного?
12. Укажите примерные соотношения между величинами напряжения, тока, мощности и коэффициента мощности опытного короткого замыкания и номинального режима.
13. Какие потери энергии мощности имеют место в трансформаторе при опытном коротком замыкании, какова их величина по сравнению с потерями холостого хода?
14. Как производится опыт короткого замыкания л что определяется по результатам этого опыта?
15. Как и почему изменяется вторичное напряжение трансформатора при изменении величины и характера нагрузки?
16. Что называется внешней характеристикой трансформатора и какой вид она имеет при различных по характеру нагрузках: активной, индуктивной, емкостной?
17. Что называется относительным изменением или потерей напряжения в трансформаторе, от чего оно зависит и как связано с напряжением короткого замыкания трансформатора?
18. Какие потери энергии (мощности) имеют место в трансформаторе, работающем под нагрузкой, как эти потери определяются экспериментально?
19. Как зависят величины КПД и cos1 трансформатора от степени его загрузки? Почему режим работы трансформатора при малой загрузке считается неэкономичным?
20. Чему равен КПД современных силовых трансформаторов, как он вычисляется по опытным и номинальным данным, при какой по величине нагрузке достигает максимального значения?
21. Что представляет собой упрощенная Г-образная схема замещения трансформатора и как определяются по опытным или каталожным данным ее параметры?
22. Какие параметры схемы замещения зависят от величины первичного напряжения трансформатора? Какой примерно вид имеют эта зависимости?
Для трансформатора ОСБ–1,1/0,22 с Sн=1,1 кВт, U1н=220 В, U2н=127 В, P0=70 Вт, Pк=100 Вт определить I1н, I2н, P2, cos1, , , U для варианта, соответствующего номеру бригады (табл. Р5.1).
Таблица Р5.1
Номер бригады |
U1, В |
I1, A |
P1, Вт |
U2, В |
I2, А |
1 |
220 |
2.3 |
330 |
123 |
2,1 |
2 |
220 |
3,1 |
550 |
1Л |
3.7 |
3 |
220 |
3,U |
680 |
123 |
4,7 |
4 |
220 |
4.2 |
820 |
i22 |
5,9 |
S |
220 |
4.Я |
840 |
121 |
7,1 |
6 |
220 |
5,3 |
1060 |
120. |
8,2 |
7 |
220 |
5,7 |
1140 |
110 |
8,8 |
8 |
220 |
6,4 |
1300 |
114 |
10,0 |