Энергетические диаграммы трансформатора. Потери и КПД трансформатора

Преобразование активной мощности

Р1 – поступающая мощность из сети ( );

Рэ1 – потери электрические на нагрев ;

m1 – число фаз;

Рмг – магнитные потери ( );

Рк ном – мощность КЗ при номинальных токах.

Электромагнитная мощность:

Рэм = Р1 – Рэл1 – Рмг,

Рэ2 – электрические потери во вторичной цепи ( ).

Полезная мощность Р2:

Р2 = Р1 - Р = ;

;

Рэл2, Рэлг – зависят от нагрузки (I2);

Рмг – не зависит от нагрузки (I2).

Отношение активной мощности Р₂ на выходе трансформатор к активной мощности Р₁на его входе называется коэффициентом полезного действия (КПД) трансформатора:

η = (Р₂/Р₁)∙100%. (3)

В общем случае КПД трансформатора зависит от режима его работы. При номинальных значениях напряжения U_l = U_lноми тока I₁ = I_1ном первичной обмотки трансформатора и коэффициенте мощности электроприемника cos φ₂ > 0,8 КПД очень высок и у мощных трансформаторов превышает 99 %. По этой причине прямое определение КПД трансформатора по формуле (3), основанное на непосредственном измерении мощностей Р₁и Р₂, практически не применяется, так как приводит к значительным погрешностям. Для получения удовлетворительных результатов мощности Р₁и Р₂ должны измеряться стакой высокой точностью, какую обеспечить очень трудно.

Относительно проще и точнее можно определить КПД методом, основанном на прямом измерении мощности потерь в трансформаторе. С учетом того, что мощность потерь ΔР = Р₁ — Р₂,КПД трансформатора можно представить в виде

Как было отмечено ранее, мощность потерь в трансформаторе равна сумме мощностей потерь в магнитопроводе Р_си в проводах обмоток Р_пр. При номинальных значениях первичного напряжения U₁ = U_lноми тока 1₁ = 1_1ном мощности потерь в магнитопроводе и проводах обмоток практически равны активным мощностям, которые трансформатор потребляет в опыте холостого хода и короткого замыкания, соответственно. Точное измерение этих мощностей связано с меньшими трудностями и вполне доступно.

Мощность и КПД трансформатора в зависимости от загрузки Кз и коэффициента мощности

при

Преобразование реактивной мощности

- первичная реактивная мощность;

- идет на создание первичного магнитного поля рассеяния;

- на создание магнитного поля и перемагничивание сердечника.

Из вторичной обмотки теряется мощность:

.

Оставшаяся мощность:

,

если активно-емкостная, то следовательно изменяется направление передачи реактивной мощности:

,

и реактивная мощность переходит из вторичной цепи в первичную (Q2<0, Q1<0).

Если Q2<0, Q1<0, то реактивная мощность потребляется из первичной сети и из вторичной обмотки и расходуется на намагничивание сердечника.