Работа трансформатора под нагрузкой (стр. 1 )

4. РАБОТА ТРАНСФОРМАТОРА ПОД НАГРУЗКОЙ

4.1 Энергетические диаграмма активной и реактивной

мощности трансформатора

Процесс преобразования активной мощности в трансформаторе характеризует энергетическая диаграмма (рис.4.1, а). Активная мощность, которая при работе трансформатора выделяется в виде тепла (потери мощности) показаны в нижней части диаграммы маленькими буквами .

В соответствии с энергетической диаграммой первичная обмотка трансформатора потребляет из сети активную электрическую мощность :

.        (4.1)

Часть этой мощности компенсирует электрические потери мощности в первичной обмотке трансформатора (нагрев проводов обмотки):

.                (4.2)

Еще часть мощности расходуется на покрытие магнитных потерь в стали магнитопровода:

.                (4.3)

Оставшаяся часть мощности передается магнитным полем во вторичную обмотку. Эту мощность называют внутренней электромагнитной мощностью:

,                (4.4)

где угол между ЭДС и током приведенной вторичной обмотки.

Часть мощности компенсирует электрические потери мощности вторичной обмотки:

.                                (4.5)

Еще часть мощности покрывает добавочные потери , обусловленные магнитными потоками рассеяния. При проектировании силовых трансформаторов добавочные потери принимают  (0.15 – 0.45) % от номинальной мощности:

                       .                        (4.6)

По месту возникновения различают добавочные потери в токоведущих частях (обмотках, отводах) за счет вытеснения тока, в элементах конструкции от вихревых токов поля рассеяния (баке, прессующих кольцах, ярмовых балках, нажимных и стяжных пластинах, бандажах, электромагнитных и электростатических экранах), а также потери от вихревых токов поля рассеяния в крайних пакетах магнитопровода.

Оставшаяся часть электромагнитной мощности активная полезная электрическая мощность, отдаваемая трансформатором потребителям:

.        (4.7)

       Преобразование реактивной мощности представлено диаграмма, представлено на рис. 4.1, б. Первичная обмотка из сети потребляет реактивную мощность:

..                                (4.8)

Часть мощности расходуется на создание магнитного поля рассеяния первичной обмотки:

.                                        (4.9)

Еще часть мощности создает магнитное поле взаимоиндукции в магнитопроводе:

.                        (4.10)

Во вторичную обмотку передается реактивная электромагнитная мощность:

                               (4.11)

Часть мощности расходуется на создание магнитного поля рассеяния вторичной обмотке:

                               (4.12)

Оставшаяся часть электромагнитной мощности – реактивная мощность трансформатора, отдаваемая потребителям:

       (4.13)

При активно-ёмкостной нагрузке , следовательно, . Изменение знака означает изменение направления передачи реактивной мощности. Если при этом то реактивная мощность передается из вторичной обмотки в первичную. Если и , то реактивная мощность для намагничивания магнитопровода потребляется одновременно из первичной  и вторичной обмоток трансформатора.

4.2 Коэффициент полезного действия трансформатора.

Зависимость КПД от нагрузки

Коэффициентом полезного действия трансформатора называют отношения активной мощности, отдаваемой трансформатором в нагрузку , к активной мощности , потребляемой трансформатором из сети:

.                                (4.14)

Как показано в п. 4.1 первичную мощность трансформатора можно представить как

,                                        (4.15)

где суммарные потери мощности трансформатора.

Магнитные потери , или потери в стали магнитопровода принимают равными потерям холостого хода (см. п. 3.4). Потери холостого хода пропорциональны квадрату магнитной индукции и зависят от частоты питающей сети . При и потери от нагрузки практически не зависят и носят название постоянных потерь мощности:

.                                        (4.16)

Электрические потери в обмотках трансформатора пропорциональны квадрату тока и поэтому называются переменными потерями мощности. Переменные электрические потери, включая добавочные, выражают через потери короткого замыкания при номинальных токах в обмотках приведенного трансформатора (см. п. 3.4). Потери короткого замыкания при номинальном токе :

.        (4.17)