Трансформатор -Статичний електромагнітне пристрій, в якому немає обертових частин і, отже, механічні-ських втрат. Всі втрати в трансформаторі - це втрати активної потужності, що виникають в магнітній системі, обмотках і інших частинах трансформатора при різних режимах його роботи. Рас-дивимося ці втрати.
Втрати холостого ходу. Ми бачили, що в режимі холостого ходу споживана трансформатором активна потужність витраті-ється тільки на покриття втрат в стали муздрамтеатру і в привчає-ної обмотці від струму холостого ходу (I 2 про r1) - Втрати, що виникають при цьому в муздрамтеатрі, називають магнітними і позначимо-ють Рм. А сумарні втрати в режимі холостого ходу (при номі-нальних первинній напрузі і частоті) називають втратами холостого ходу і позначають Ро:
де r1 - активний опір первинної обмотки.
Особливістю втрат холостого ходу є їх сталість і незалежність від режиму навантаження трансформатора. Действи-тельно, струм холостого ходу I0 визначається геометричній сумою намагничивающей і активної складових (див. Рис. 6). Струм I нам створює основний потік Фо. а активна складова Іа визначаються-ється тільки втратами в стали від гистерезиса і вихрових струмів. Магнітний потік Фо. як ми встановили, залишається постійним, як би не змінювався режим навантаження (струми I1 і I2) трансформатора. Сле-послідовно, і струм I нам залишиться незмінним при будь-якому навантаженні.
Активна складова залежить тільки від магнітних втрат і для даного муздрамтеатру, виконаного з певної марки стали (при номінальних первинній напрузі і частоті), є також незмінною. Природно, що і втрати в первинній обмотці від протікання струму I0 залишаться незмінними.
Таким чином, при номінальних первинній напрузі і ча-СТОТ втрати холостого ходу Ро постійні і не залежать від навантаження трансформатора.
Основні втрати в обмотках. Як ми встановили, при включе-ванні навантаження, з первинної обмотки у вторинну передається електромагнітна потужність; у вторинній обмотці з'являється струм I2; одночасно в первинній обмотці виникає струм I1 кото-рий знаходиться в прямій залежності від навантаження, т. е. від струму I2. При цьому в обмотках втрачається потужність, пропорційна квад-ратам струмів і опорів первинної і вторинної обмоток:
де I1 і I2 - струми навантаження; r1 і r2 - опору відповідаю-щих обмоток.
Природно, що втрати Рнагр безпосередньо залежать від вели-чини потужності, необхідної споживачеві. Так, якщо в будь-який момент споживана потужність становить 0,7 номінальної, т. Е. Струми рівні 0,7 своїх номінальних значень, втрати будуть склад-лять 0,7 2 = 0,49, або тільки половину розрахункових в номінальному режимі . А якщо врахувати, що потреба в енергії протягом доби неоднакова, то очевидні значні коливання навантажувальних втрат в обмотках, т. Е. Ці втрати непостійні і повністю зави-сят від режиму навантаження.
Додаткові втрати в обмотках. Однак I1 і I2 - чи не єдність-ні струми, що протікають в обмотках трансформатора. Крім струмів навантаження в обмотках трансформаторів виявляються ще й дру-Гії струми, які замикаються всередині окремих проводів і між паралельними гілками обмоток; ці струми на відміну від струмів на-Грузьке не виходять за межі обмоток.
Токи, що замикаються усередині окремих проводів, називають вихровими (аналогічно струмів всередині пластин магнітної системи). Токи, замикаються між паралельно з'єднаними обмотками або частинами обмоток, називають тими, які циркулюють. Ці струми викли-ються полем розсіювання, т. Е. Тієї частиною магнітного поля транс-форматора, силові лінії якої зчіплюються не з усіма, а толь-ко з частиною витків обмоток і проходять головним чином в немагу-нітних середовищі (в повітрі, маслі і т.п.).
При розрахунку втрат в обмотках реальний струм, нерівномірний-но распределяющийся по перетину проводів і між паралель-ними гілками обмоток, зазвичай розглядають як суму трьох струмів:
струму навантаження, рівномірно розподіляється по поперечному перерізі і між паралельними гілками;
циркулюючого струму, замикається всередині контуру, образо-ванного паралельними гілками;
вихрового струму, замикається тільки в межах кожного проводу.
При цьому сума втрат від трьох зазначених струмів дорівнює реаль-ним втрат в обмотках трансформатора.
Крім втрат в обмотках поля розсіювання викликають втрати в стінках бака, пресуючих кільцях, ярмових балках та інших елементах конструкції трансформатора. Додаткові втрати сни-жають ефективність трансформатора; з ними ведеться постійна боротьба з метою домогтися їх мінімальної величини.
Отже, в трансформаторі розрізняють втрати активної потужності, які не залежать від навантаження (Ро); навантажувальні (Рнагр) і додаткові (РДОБ) втрати, які визначаються режимом роботи (величиною навантаженням-ки) трансформатора:
Коефіцієнт корисної дії
Потужність Р1, що отримується трансформатором з мережі, витраті-ється на корисну потужність Р2, передану споживачеві, і на сумарні втрати # 931; P:
Звідси ККД трансформатора визначається формулою
Корисна потужність, що передається споживачеві, визначається як Р2 = U2 I2 соs # 966; 2. де U2 і I2 - вторинні напруга і струм навантаження, а соs # 966; 2 - коефіцієнт потужності, що залежить від характеру навантаження (активна, індуктивна, змішана). При «чисто» актив-ної навантаженні (наприклад, освітлювальна електромережа) кут зсуву векторів вторинних струму і напруги дорівнює нулю, т. Е. Соs # 966; 2 = 1 і Р2 = U2 I2.
Однак на практиці «чисто» активне навантаження зустрічається дуже рідко. Найчастіше доводиться мати справу із змішаною на-вантаженням (наприклад, активна і індуктивна), при якій соs # 966; 2 менше одиниці і, отже, корисна потужність, що передається-травня споживачеві, менше U2 I2.
Але при виготовленні трансформатора невідомо, для якої навантаження він буде використаний, тому в табличці паспортних даних при випуску з заводу завжди вказують так звану повну (або уявну) потужність трансформатора в кіловольт-амперах, т. Е.
де U2 і I2 - зазначені в табличці паспортних даних вторинні струми і напруги трансформатора.
У свою чергу одержувану трансформатором потужність можна записати як
де U1 і I1 - номінальні значення первинних напруги і струму; # 966; 1 - кут зсуву векторів первинних напруг і струму, визна-ється величиною споживаної трансформатором реактивної потужності.
З огляду на, що ккд трансформаторів зазвичай дуже високий і до-Стігала 99,5%, і нехтуючи на цій підставі втратами, можна записати, що Р1 = Р2 або U1 I1 = U2 I2 (при близьких значеннях кутів # 966; 1 і # 966; 2).
Розділивши останнє рівність на, U1 I2 отримаємо
Згадаймо що напруги (або ЕРС) обмоток пропорційні числу витків
Токи ж в обмотках, як видно з попереднього рівності, про-ратно пропорційні напруженням і, отже, числам витків:
або I1 w1 = I2 w2
т. е. сила, що намагнічує (ампер-витки) первинної обмотки дорівнює силі, що намагнічує (ампер-витків) вторинної обмотки.