Внешняя характеристика и КПД трансформатора

Рабочие свойства трансформатора характеризуются зависимо­стью напряжения на нагрузке U₂ и КПД η от тока нагрузки I₂.

Зависимость U₂ = f(I ₂) при различном характере нагрузки (ак­тивной, индуктивной, емкостной) называется внешней ха­рактеристикой трансформатора.

Внешняя характеристика трансформатора U₂ = f (I ₂) и зависимость η = f(I₂) могут быть получены опытным и расчетным путем.

Вид зависимости U₂ = f(I₂) определяется характером нагрузки. Так, при емкостном характере нагрузки (cos φ < 0) с ростом тока I₂ напряжение U₂ возрастает, а при индуктивном характере (соs φ > 0) падает (рис. 6).

Коэффициентом полезного действия (КПД), или отдачей трансформатора, называется отношение полезной мощности трансформатора Р₂ к мощности, потребляемой им из сети источника электрической энергии P₁:

Потребляемая мощность P₁ всегда больше полезной Р₂, так как при работе трансформатора происходит потеря преобразуемой им энергии. Потери в трансформаторе складываются из потерь в ста­ли магнитопровода ∆Р_cт и потерь в обмотках ∆Р_об.

Таким образом, потребляемую трансформатором мощность можно определить следующим выражением:

Р₁=Р₂ +∆Р_cт + ∆Р_об.

Полезная мощность однофазного трансформатора

Р₂ = U₂I₂ cos φ = βS_н cos φ,

где β — коэффициент нагрузки; S_н — полная мощность трансфор­матора, В · А.

Следовательно, КПД для однофазного трансформатора

Зависимости ∆Р_ст, ∆Р_об и η от коэффициента нагрузки β представлены на рис. 7.

Наибольший КПД трансформатора будет при нагрузке, для ко­торой потери в стали магнитопровода равны потерям в обмотках, у современных трансформаторов КПД достаточно высокий и до­стигает при полной нагрузке 95—99,5 %.

Из графика зависимости η = f(β) видно, что при начальном на­гружении трансформатора КПД резко возрастает, а затем меняется очень мало, достигая при некотором значении β максимума.

Запомните

1. Потери в стали магнитопровода ∆Р_ст зависят от марки стали, из которой выполнен магнитопровод, от частоты переменного тока и магнитной индукции в магнитопроводе. Так как частота тока сети и магнитная индукция не изменяются при работе трансформатора, то и потери в стали не зависят от нагрузки и остаются постоянными и равны потерям холостого хода.

2. Прохождение токов по обмоткам трансформатора вызывает по­тери мощности в обмотках, пропорциональные квадрату коэф­фициента загрузки трансформатора.

Пример 4. Однофазный трансформатор при активной нагрузке по­требляет из сети мощность Р₁ = 16 кВт. Коэффициент полезного действия трансформатора составляет 0,95, ток в первичной обмотке = 1,6 А, коэф­фициент трансформации k = 4. Определить напряжение на входе и выходе трансформатора.

Решение

Напряжение на входе трансформатора

Мощность, потребляемая нагрузкой (мощность на выходе трансформатора),

Р₂ = Р₁η = 16000·0,95 = 15200 Вт.

Ток нагрузки

I₂ = I₁k = 1,6 · 4 = 6,4 А.

Напряжение на выходе трансформатора