1.4. Потери мощности и кпд трансформатора
Преобразование электрической энергии в трансформаторе сопровождается потерями на нагрев сердечника и обмоток. Уравнение баланса активных мощностей при этом имеет вид:
,
где
– активная мощность первичной обмотки;
– активная мощность нагрузки.
Коэффициент полезного действия (КПД)
трансформатора определяется как
отношение полезной мощности
к потребляемой
:
.
КПД мощных трансформаторов очень высок
и разница величин
и
сравнима с погрешностью приборов,
используемых для измерения мощности.
Поэтому определение величин
рекомендуется проводить расчетным
путем (косвенный метод), используя данные
опытов холостого хода и короткого
замыкания.
При постоянстве напряжений питающей сети и его частоты магнитный поток практически не зависит от величины тока нагрузки. Поэтому потери в стали , определяемые величиной индукции магнитного потока, при нагрузке равны потерям холостого хода. Это постоянные потери (рис. 3).
Потери в обмотках
определяются величиной тока нагрузки
и будут переменными потерями. Их можно
определить по мощности опыта короткого
замыкания
следующим образом:
,
(6)
где
- коэффициент нагрузки трансформатора.
При выводе (6) учтено, что при достаточно
больших токах нагрузки
.
Активная мощность нагрузки:
,
(7)
где
– полная мощность трансформатора в
номинальном режиме.
Подставляя (6), (7) в (5), получим:
.
(8)
График зависимости КПД трансформатора
от коэффициента нагрузки приведен на
рис. 3. Функция
имеет максимум при
,
т. е. когда постоянные потери в стали
становятся равными переменным потерям
в меди
.
2. Описание экспериментальной установки
Принципиальная электрическая схема
экспериментальной установки приведена
на рис. 4. Установка содержит исследуемый
однофазный трансформатор, амперметры
и
для измерения тока первичной и вторичной
обмоток, вольтметры
и
для измерения напряжений в первичной
и вторичной цепи, ваттметр
для измерения активной мощности
трансформатора.
С помощью переключателя П9 на вторичную
обмотку подается или номинальное
напряжение
,
или пониженное напряжение
для испытания трансформатора в режиме
короткого замыкания. С помощью
переключателей П2-П8 регулируется
сопротивление нагрузки от холостого
хода до номинального значения. Для более
точного измерения напряжения на первичной
обмотке в режиме короткого замыкания
предел измерения вольтметра
равен 0 – 15В.
Рис. 4. Схема экспериментальной установки
3. Порядок выполнения работы
1. Исследование трансформатора в режиме холостого хода.
Установить переключатель П9 в положение «Сх 1». Отключить нагрузку (П2-П8 выключены). Включить трансформатор в сеть (включатель П1). Записать показания приборов в таблицу 1.
2. Исследование трансформатора при работе на активную нагрузку.
Установить переключатель П9 в положение «Сх 1». Включить П1. Постепенно увеличивать ток нагрузки (включая П2-П8), произвести 7 измерений параметров и записать результаты в таблицу 1.
3. Исследование трансформатора в режиме опытного короткого замыкания.
Установить переключатель П9 в положение «Сх 2». Включить П10. Записать показания приборов в таблицу 1.
Таблица 1
Режим работы |
Номер опыта |
Измеряемые величины |
Расчетные величины |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Холостой ход |
1 |
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
0 |
Нагрузка |
2 3 4 5 6 7 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Короткое замыкание |
9 |
|
|
|
0 |
|
|
- |
|
- |
