Автотрансформаторы

Процентное понижение напряжения

При активной нагрузке ∆u %=2,5×1+0=2,5 %

При активно-индуктивной  нагрузке

При активно-емкостной нагрузке

Напряжение вторичной обмотки при активной нагрузке

при активно-индуктивной  нагрузке

и при активно-емкостной нагрузке

Коэффициентом полезного действия (к. п. д.) или отдачей трансформатора называется отношение полезной мощности транс­форматора Р2 к мощности, потребляемой им из сети источника электрической энергии Р1, т. е.

Потребляемая мощность P1 будет всегда больше полезной мощности Р2, так как при работе трансформатора происходит потеря преобразуемой им энергии. Потери в трансформаторе складывают­ся из потерь в стали магнитопровода Рст и потерь в обмотках Pоб.

Таким образом, потребляемую трансформатором мощность можно определить следующим выражением:

Полезную мощность трансформатора находят следующим обра­зом:

для однофазного

для трехфазного

Следовательно, к. п. д.  можно определить следующим выражением:

для однофазного трансформатора

для трехфазного трансформатора

Наибольший к. п. д. трансформатора будет при нагрузке, для которой потери в стали равны потерям в обмотке. У современных трансформаторов к. п. д. очень высок и достигает при полной на­грузке 95—99,5%.

На практике к. п. д. трансформатора определяется по приведен­ной выше формуле для любой нагрузки Р2.

Задаются полезной мощностью Р2, например 0, 25, 50, 75, 100, 125% номинальной мощности, и для каждой из выбранных мощ­ностей определяют потери в трансформаторе.

Потери в стали магнитопровода Рст зависят от марки стали, из которой выполнен сердечник, от частоты тока сети и магнитной индукции в сердечнике. Так как частота тока сети и магнитная индукция остаются неизменными при работе трансформатора, то и потери в стали не зависят от нагрузки и остаются постоянными.

Потери в обмотках расходуются на нагревание проводников этих обмоток протекающими по ним токами и пропорциональны  току  во второй степени. Таким образом, при нагрузке 0,5 от номинальной токи в обмотках будут вдвое, а потери в обмотках в четыре паза меньшими, чем при номинальной нагрузке.

Пример. Трансформатор мощностью Р2=50 ква имеет потери в стали Pст=350 вт и потери в обмотках при полной нагрузке (100%) Робн=1325 вт. Определить коэффициент полезного действия при нагрузках 100%, 75%, 50% и 25% номинальной, считая нагрузку чисто активной (cos φ=1).

Решение: При полной нагрузке полезная мощность трансформатора

к. п. д. при полной нагрузке

При нагрузке 0,75 Р2 полезная мощность Р2=0,75-50 000=37 500 вт, потери обмотках Pоб=(0,52 x Pобн = (0,75)2 x1325=694 вт и к. п. д.

При  нагрузке  0,5  Р2  полезная  мощность  P2=0,5 x 50 000=25 000  вт,  потери в обмотках Роб=0,52 х 1325=331 вт и к. п. д.

При нагрузке  0,25  Р2  полезная  мощность  P2=0,25 x 5000=12 500  вт,  потери в обмотках Роб=(0,25)2 х 1325=183 вт и к. п. д.

§ 86. АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ

В конструктивном отношении автотрансформатор подобен трансформатору: на стальном магнитопроводе помещаются две обмотки, выполненные из проводников различного поперечного се­чения. Конец одной обмотки электрически соединяется с началом другой так, что две последовательно соединенные обмотки обра­зуют общую обмотку высшего напряжения. Обмоткой низшего напряжения, являющейся частью обмотки высшего напряжения, служит одна из двух обмоток автотрансформатора.

Таким образом, между обмотками высшего и низшего напряжения автотрансформато­ра имеется не только магнитная, но и электрическая связь.

Принципиальная схема понижающего автотрансформатора показана на рис. 105. Первичное напряжение подведено к зажи­мам А—X первичной обмотки с числом витков ω1. Вторичной обмоткой является часть первичной а—х с числом витков ω2.

При холостом ходе I­2=0, пренебрегая падением напряжения в сопротивлениях первичной обмотки, можно записать уравнения равновесия э. д, с. для первичной и вторичной обмоток в следующем виде:

Отношение напряжения первичной и вторичной обмоток при холостом ходе называется коэффициентом трансформации авто­трансформатора, т. е.

Если вторичную обмотку автотрансформатора замкнуть на ка­кой-либо приемник энергии, то во вторичной цепи будет протекать ток I2. Пренебрегая потерями энергии, мощность, потребляемую автотрансформатором из сети, можно принять равной мощности, отдаваемой во вторичную сеть, т. е.