Передача электрической энергии трансформатором сопровождается потерями энергии на нагрев стального сердечника (потери в стали Р") и на нагрев обмоток (потери в меди PJ. Вследствие этого энергия, передаваемая трансформатором во внешнюю цепь, меньше энергии, поступающей в трансформатор, на величину этих потерь. Поэтому КПД трансформатора можно представить формулой:
КПД современных трансформаторов очень высок (0,95—0,995), и разность Р, и Р2 сравнима с погрешностью приборов, используемых для измерения мощности. Вследствие этого КПД трансформатора определяют расчетным путем.
Мощность потерь на нагрев сердечника пропорциональна квадрату тока холостого хода в первичной обмотке, который прямо пропорционален приложеному напряжению. В связи с тем, что напряжение источника питания остается постоянным, мощность потерь в стальном сердечнике тоже остается постоянной Рст = Р0 где Р0 — мощность в трансформаторе при холостом ходе. Мощность потерь в меди определяется из опыта короткого замыкания:
где.
Активная мощность нагрузки во вторичной цепи равна: где Sm — номинальная мощность нагрузки:
Подставляя PCT=PQy Рм= Д2 Ркн иР, в формулу (3.11.1), получим:
По уравнению (3.11.4) можно рассчитать КПД трансформатора для различных значений коэффициента нагрузки и коэффициента мощности cos
2. При Д-«0 7—>0, при Д—>со 77—>0.
При больших значениях коэффициента нагрузки потери в меди растут пропорционально квадрату тока (Рюг^^^к) — Кривая.
- 7 = /(Д) имеет максимум при Дт" = J~^~ , откуда Д2^ Ркн =Р".
- 1 мен
КПД достигает максимума, когда переменные потери в меди становятся равными постоянным потерям в стали.
На рисунке 3.11.1 приведена кривая r/=f (j3).
Рис. 3.11.1.
Для получения максимума КПД при больших колебаниях нагрузки несколько трансформаторов включают параллельно. При уменьшении нагрузки некоторые трансформаторы отключают, чтобы остальные работали в режиме максимального КПД. Схема параллельного включения трансформаторов приведена на рисунке 3.11.2.
Рис. 3.11.2.
Если ЭДС во вторичных обмотках трансформаторов различны, то возникают нежелательные уравнительные токи. Чтобы избежать их появления необходимо обеспечить равенство коэффициентов трансформации. При равенстве напряжений короткого замыкания трансформаторов ток нагрузки распределяется между ними пропорционально их номинальным мощностям.