Мощности потерь и КПД трансформатора

Постоянные и переменные потери. Уравнение баланса мощности в цепи с трансформатором

,

где – активная мощность, поступающая из сети питания (от источника); - активная мощность потребителей; – суммарная мощность потерь в трансформаторе; — мощность потерь в стали; — мощность потерь в проводах обмоток.

Мощность потерь в стали магнитопровода из-за гистерезиса и вихревых токов зависит от амплитуды магнитного потока , а так как , то мощность потерь в стали не изменяется, т. е. не зависит от нагрузки при постоянном значении напряжения питания . Эти потери составляют 1—2 % номинальной мощности. Мощность потерь в проводах обмоток зависит от нагрузки, так как

Зависимость потерь в стали и меди от коэффициента нагрузки показана на  рис. 2.16.

Коэффициент полезного действия трансформатора. КПД трансформатора можно рассчитать по формуле

Так как коэффициент нагрузки и в опытах холостого хода и короткого замыкания было получено, что , а , то КПД

.                                   (2.21)

Годовой КПД трансформатора. Если в течение года часть времени трансформатор работает в режиме холостого хода, то эксплуатационный или годовой КПД

,                             (2.22)

где — число часов в году; число часов работы трансформатора при постоянной нагрузке.

Если нагрузка трансформатора изменяется в течение суток так, что в течение времени коэффициент нагрузки составляет , в течение времени и т.д., то среднесуточный КПД

, где ( – активная мощность потребителей в течение времени );

— потери, в трансформаторе за сутки, т.е.

,

где

.

Зависимость КПД трансформатора от нагрузки. Из (2.21) можно найти значение нагрузки , при котором КПД максимален. Приравняв нулю производную , получим:

.

Это значит, что КПД максимален при равенстве мощностей потерь в проводах обмоток и в стали. Следовательно, оптимальный коэффициент нагрузки

.

Обычно для трансформатора и, значит, . Таким образом, наибольшее значение КПД трансформатора будет при нагрузке 70—50 % от номинальной.

Зависимость КПД от нагрузки, построенная согласно (2.21), показана на рис. 2.16. Общая номинальная мощность установленных силовых трансформаторов в 4-6 раз превышает мощность генераторов, поэтому КПД трансформаторов имеет важное значение для рационального использования энергетических ресурсов. Максимальный КПД силовых трансформаторов доходит до 99,5 %. .