Втрати потужності в трансформаторі

Основними характеристиками трансформатора є перш за все напруга обмоток і передана трансформатором потужність. Передача потужності від однієї обмотки до іншої відбувається електромагнітним шляхом, при цьому частина потужності, що надходить до трансформатора з живильної електричної мережі, втрачається в трансформаторі. Втрачену частину потужності називають втратами.

При передачі потужності через трансформатор напруга на вторинних обмотках змінюється при зміні навантаження за рахунок падіння напруги в трансформаторі, яке визначається опором короткого замикання. Втрати потужності в трансформаторі і напруга короткого замикання також є важливими характеристиками. Вони визначають економічність роботи трасформатора і режим роботи електричної мережі.

Втрати потужності в трансформаторі є однією з основних характеристик економічності конструкції трансформатора. Повні нормовані втрати складаються з втрат холостого ходу (XX) і втрат короткого замикання (КЗ). При холостому ході (навантаження не приєднана), коли струм протікає тільки по обмотці, приєднаної до джерела живлення, а в інших обмотках струму немає, потужність, споживана від мережі, витрачається на створення магнітного потоку холостого ходу, тобто на намагнічування магнітопровода, що складається з листів трансформаторної сталі. Оскільки змінний струм змінює свій напрямок. то напрямок магнітного потоку також змінюється. Це означає, що сталь намагничивается і розмагнічується поперемінно. При зміні струму від максимуму до нуля сталь розмагнічується, магнітна індукція зменшується, але з деяким запізненням, тобто розмагнічування затримується (при досягненні нульового значення струму індукція не дорівнює нулю точка N). Затримування в перемагничивании є наслідком опору стали переориентировке елементарних магнітів.

Крива намагнічування при зміні напрямку струму утворює так звану петлю гістерезису. яка різна для кожного сорту стали і залежить від максимальної магнітної індукції Втах. Площа, охоплена петлею, відповідає потужності, що витрачається на намагнічування. Так як при перемагничивании сталь нагрівається, електрична енергія, що підводиться до трансформатора, перетворюється на теплову і розсіюється в навколишній простір, тобто безповоротно втрачається. У цьому фізично і полягають втрати потужності на перемагнічування.

Крім втрат на гістерезис при протіканні магнітного потоку по магнітопровода виникають втрати на вихрові струми. Як відомо, магнітний потік індукує електрорушійну силу (ЕРС), що створює струм не тільки в обмотці, що знаходиться на стрижні муздрамтеатру, але і в самому його металі. Вихрові струми протікають по замкнутому контуру (вихровий рух) в місці стали в напрямку, перпендикулярному напрямку магнітного потоку. Для зменшення вихрових струмів муздрамтеатр збирають з окремих ізольованих листів стали. При цьому чим тонше лист, тим менше елементарна ЕРС, менше створений нею вихровий струм, тобто менше втрати потужності від вихрових струмів. Ці втрати теж нагрівають муздрамтеатр. Для зменшення вихрових струмів, втрат і нагревов збільшують електричний опір стали шляхом введення в метал присадок.

У будь-якому трансформаторі витрата матеріалів повинен бути оптимальним. При заданій індукції в муздрамтеатрі його габарит визначає потужність трансформатора. Тому намагаються, щоб в перерізі стержня муздрамтеатру було якомога більше стали, тобто при обраному зовнішньому розмірі коефіцієнт заповнення кз повинен бути найбільшим. Це досягається застосуванням найбільш тонкого шару ізоляції між листами стали. В даний час застосовується сталь з тонким жаростійким покриттям, що наноситься в процесі виготовлення стали і дає можливість отримати кз = 0,950,96.

При виготовленні трансформатора внаслідок різних технологічних операцій зі сталлю її якість в готової конструкції кілька погіршується і втрати в конструкції виходять приблизно на 2550% більше, ніж у вихідній стали до її обробки (при застосуванні рулонної сталі і пресування муздрамтеатру без шпильок).