Потери и коэффициент полезного действия

В работающем трансформаторе всегда имеются как магнитные, так и электрические потери. Магнитные потери слагаются из потерь на вихревые токи и гистерезис.

Потери и коэффициент полезного действия - №1 - открытая онлайн библиотека

Величина этих потерь зависит от напряжения u1 и магнитной индукции В. Можно считать, что при U1 = const, рон= В2. Они не зависят от нагрузки, т.е. являются постоянными. Электрические потери в обмотках, наоборот, переменные, т.е.:

Потери и коэффициент полезного действия - №2 - открытая онлайн библиотека

где ркн - соответствует потерям при коротком замыкании трансформатора.
Если известны потери короткого замыкания при номинальной нагрузке, то электрические потери можно определить по формуле:

Потери и коэффициент полезного действия - №3 - открытая онлайн библиотека

где - коэффициент загрузки трансформатора.
Общие потери в трансформаторе:

Потери и коэффициент полезного действия - №4 - открытая онлайн библиотека

КПД представляет собой отношение активной мощности Р2, отбираемой от трансформатора, к активной модности Р1, подводимой к трансформатору:

Потери и коэффициент полезного действия - №5 - открытая онлайн библиотека

Мощность Р2 подсчитывается по формуле:

Потери и коэффициент полезного действия - №6 - открытая онлайн библиотека

где Потери и коэффициент полезного действия - №7 - открытая онлайн библиотека - номинальная мощность, кВт.

Мощность

Потери и коэффициент полезного действия - №8 - открытая онлайн библиотека

тогда КПД трансформатора

Потери и коэффициент полезного действия - №9 - открытая онлайн библиотека

или

Потери и коэффициент полезного действия - №10 - открытая онлайн библиотека

Как видно из последней формулы, величина К.П.Д. зависит от загрузки трансформатора. Кроме того, К.П.Д. тем больше, чем выше cos f2. Максимальный КПД соответствует такой загрузке, при которой магнитные потери равны электрическим потерям:

Потери и коэффициент полезного действия - №11 - открытая онлайн библиотека

Отсюда значение коэффициента загрузки, соответствующее максимальному К.П.Д., равно:

Потери и коэффициент полезного действия - №12 - открытая онлайн библиотека

Обычно К.П.Д. имеет максимальное значение при b= 0,5 - 0,6. Тогда
h= 0,98 - 0,99.

ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Общие положения

Для трансформирования энергии в трехфазных системах используют либо группу из трех однофазных трансформаторов, у которых первичные и вторичные обмотки соединяются звездой или треугольником, либо один трехфазный трансформатор с общим магнитопроводом.
Трехфазные трансформаторы могут иметь различные схемы соединения первичных и вторичных обмоток. Все начала первичных обмоток трансформатора обозначают большими буквами: А, В, С; начала вторичных обмоток - малыми буквами: а, Ь, с.
Концы обмоток обозначаются соответственно: X, У, Z и х, у, z.
Зажим выведенной нулевой точки при соединении звездой обозначают буквой О.
Наибольшее распространение имеют соединения обмоток по схеме "звезда" (Y) и "треугольник" (D), причем первичные и вторичные обмотки могут иметь как одинаковые, так и различные схемы. Если при соединении обмоток "звездой" нулевая точка выводится, то такое соединение называют "звезда c нулем" (Yо).
На рис. 4.9.1 приведен трехфазный трансформатор при включении обмоток Y/Y.
Потери и коэффициент полезного действия - №13 - открытая онлайн библиотека

ГРУППЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК

До сих пор мы считали, что при построении векторной диаграммы ЭДС Е1 и Е2 совпадают по фазе. Но это соответствует действительности лишь при условии намотки первичной и вторичной обмоток в одном направлении, или одноименной маркировки их выводов (рис. 4.10.1, а).

Потери и коэффициент полезного действия - №14 - открытая онлайн библиотека

Если же в трансформаторе изменить направление намотки обмоток иди же переставить обозначение их выводов, то вектор ЭДС Е2 окажется сдвинутым относительно вектора Е1 на 180° (рис. 4.10.1, б).
Сдвиг фаз между ЭДС Е1 и Е2 принято выражать группой соединений. Так как этот сдвиг фаз может изменяться от 0 до 360°, а кратность сдвига обычно составляет 30°, то для обозначения групп соединения выбирается ряд чисел от 1 до 12, в котором каждая единица соответствует углу сдвига 30°.
В основу этого положено сравнение относительного положения векторов Е1 и Е2 с положением минутной и часовой стрелок часов. Вектор обмотки В.Н. считается минутной стрелкой, установленной на цифре 12, а вектор Н.Н. - часовой стрелкой. По положению часовой стрелки относительно минутной определяют положение вектора ЭДС обмотки Н.Н. относительно обмотки В.Н. Так, на рис. 4.10.1, а соединение имеет группу 12, а на рис. 4.10.1, б - группу 6.
Таким образом, в однофазном трансформаторе имеется только две группы -12 и 6. В 3-х фазном трансформаторе группу соединения определяют по углу сдвига фаз между линейными векторами ЭДС Е1 и Е2 .
ГОСТ ограничивает применение только двух групп: Y / Y - 12 и Y / - 11. В качестве примера рассмотрим схему Y / Y - 12 (рис. 4.10.2).
Потери и коэффициент полезного действия - №15 - открытая онлайн библиотека

Векторная диаграмма показывает, что сдвиг между E1 и Е2 равен нулю или 360°, т.е. (360° / 30° - 12 группа).
Если же поменять начала и концы обмоток Н.Н., то будем иметь группу 6 (рис. 4.10.3).

Потери и коэффициент полезного действия - №16 - открытая онлайн библиотека