Коэффициент полезного действия

При работе трансформаторов возникают потери в ферромагнитном сердечнике при перемагничивании и электрические потери в обмотках. Поэтому активная мощность потребляемая трансформатором из сети отличается от активной мощности отдаваемой трансформатором нагрузке.

Отношение активной мощности отдаваемой трансформатором приемнику к активной мощности подведенной к трансформатору из сети называется его коэффициентом полезного действия.

 = Р₂ / Р₁,

где Р₂ - активная мощность отдаваемая трансформатором приемнику, Р₁ - активная мощность подведенная к трансформатору из сети.

К.П.Д. у мощных трансформаторов достигает 95 - 99 %, а у трансформаторов малой и средней мощности 70 - 90 %.

Р₂ = Р₁ - Р_ст - Р_эл,

где Р_ст - потери мощности в стали, в справочной литературе их обозначают P_ХХ; Р_эл - электрические потери в обмотках. Эти величины определяют из опытов холостого хода и короткого замыкания.

Энергетическая диаграмма трансформатора может быть представлена следующим образом:

КПД трансформатора также зависит от загруженности трансформатора и от характера нагрузки, то есть коэффициента мощности приемника.

Загрузка трансформатора в рабочем режиме оценива­ется коэффициентом нагрузки:

 = Р₂ /S_нcos  = I₂ / I_2н

где Р₂ - полезная мощность трансформатора; S_н - номинальная полная мощность; cos  - коэффициент мощности нагрузки (приемника); I₂ - ток во вторичной обмотке; I_2н - номинальный ток вторичной обмотки.

Активная мощность, отдаваемая трансформаторм приемнику при любом характере нагрузки и произвольной загруженности определяется выражением:

Р₂ = I₂ U₂ cos  =  I_2н U₂cos  = S_нcos .

Потери в стали не зависят от нагрузки и загруженности трансформатора и равны потерям холостого хода, которые определяются в опыте короткого замыкания.

Потери в обмотках пропорциональны квадрату тока. Определяются они из опыта короткого замыкания. При произвольной нагрузке трансформатора потери в обмотках расчитываются с учетом загруженности трансформатора:

Р_эл = ²Р_к,

где Р_к - мощность потребляемая в опыте короткого замыкания.

В общем случае, для произвольной нагрузки КПД трансформатора определяется выражением:

.

График зависимости  от коэффициента загрузки имеет вид:

При заданном значении коэффициента мощности нагрузки КПД трансформатора зависит только от коэффициента загрузки.

Можно определить при каком значении коэффициента загрузки КПД трансформатора будет максимален:

.

Силовые трансформаторы в период эксплуатации значительную часть времени оказываются загруженными не полностью, вследствие чего при проектировании трансформаторы расчитываются таким образом, чтобы максимальный КПД соответствовал их средней нагрузке, которая для силовых распределительных сетей находится в интервале (0,5 ‑ 0,7)Р_2Н.

Поэтому оптимальный коэффициент загрузки для силовых трансформаторов, выпускаемых промышленностью лежит в интервале: _ОПТ = 0,7 ‑ 0,5.