Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями энергии на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса мощностей трансформатора имеет вид:
 | |||
 |
где - активная мощность, потребляемая от сети,
j - мощность, отдаваемая в нагрузку,
 |
- потери в меди первичной обмотки,
- потери в стали трансформатора,
 |
- потери в меди вторичной обмотки.
Процесс преобразования энергии в трансформаторе иллюстрирует энергетическая диаграмма, приведенная на рис. 5
 |
Величина
 |
носит названия коэффициента полезного действия трансформатора.
Если обозначить сумму
 |
и назвать ее потерями в меди трансформатора, то КПД трансформатора можно выразить так
Потери в стали определяются величиной и частотой изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора, а так как поток почти не зависит от нагрузки, то потери в стали остаются почти постоянными и равными потерям в режиме ХХ
Поскольку потери в меди обмотки пропорциональны квадрату действующего значения тока, через нее протекающего, последние могут быть определены из упрощенной схемы замещения трансформатора (рис 2-) в режиме КЗ.
 |
- потери в меди при номинальном токе первичной обмотки,
- потери в меди при токе, отличном от номинального,
 |
.
Активную мощность в нагрузке трансформатора можно вычислить по формуле:
 |
где - - полная мощность в нагрузке трансформатора в номинальном
режиме. Теперь выражение, определяющее КПД трансформатора можно записать в виде:
 |
Эта формула рекомендована ГОСТом для определения КПД трансформатора.
Анализ полученного выражения показывает, что КПД неоднозначно зависит от коэффициента нагрузки b и является функцией характера нагрузки что иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 6
 |
Рис. 6
При b =0, h =0. С ростом отдаваемой мощности h увеличивается, т.к. в энергетическом балансе уменьшается удельное значение потерь в стали, имеющих приблизительно постоянное значение. При некотором значении КПД достигает максимума, после чего начинает уменьшаться с ростом тока нагрузки. Причиной этого является увеличение потерь в меди, возрастающих пропорционально квадрату тока (или), в то время как полезная мощность растет пропорционально b. Значение можно получить из условия.
 |
при этом
 |
Следовательно КПД имеет максимум при такой нагрузке, при которой потери в меди трансформатора равны потерям в стали. Для трансформаторов большей мощности
=0,5 - 0,7, при этом =0,995. Трансформаторы малой мощности рассчитывается как, чтобы =1, тогда =0,7 – 0,9. При уменьшении величины КПД уменьшается, т.к. возрастают токи и, при которых трансформатор имеет заданную мощность.
Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками (рис. 1). Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Схема устройства трансформатора с двумя обмотками приведена на рисунке 2,
Список используемой литературы.
1. Китунович Ф.Г.
Электротехника.
3-е изд., переработанное и дополненное.
Минск. «Высш. Школа», 1991.
2. Евдокимов Ф. Е.
Теоретические основы электротехники.
Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для энергетич.
и электротехнич. специальностей техникумов.
М. «Высш. Школа», 1975.
3. Касаткин А.С.
Основы электротехники.
М.-Л., изд-во «Энергия», 1966.
4. Касаткин А.С. Немцов М.В.
Электротехника: Учеб. пособие для вузов.-
4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.-