У процесі трансформування електричної енергії частина енергії втрачається в трансформаторі на покриття втрат. Втрати в трансформаторі поділяються на електричні та магнітні.
Електричні втрати. Обумовлені нагріванням обмоток трансформаторів при проходженні по цим обмоткам електричного струму. Потужність електричних втрат РЕ пропорційна квадрату струму і визначається сумою електричних втрат в первинної РЕ1 і у вторинній РЕ2 обмотках:
Ре = Рз1 + Ре2 = mI12r1 + mI'22r'2, (1.73)
де т - число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора т = 1, для трифазного т = 3).
При проектуванні трансформатора величину електричних втрат визначають за (1.73), а для виготовленого трансформатора ці втрати визначають дослідним шляхом, вимірявши потужність к.з. при номінальних токах в обмоткахРк.ном-
де Р - коефіцієнт навантаження
Електричні втрати називають змінними, так як їх величина залежить від навантаження трансформатора.
Магнітні втрати. Відбуваються головним чином в муздрамтеатрі трансформатора. Причина цих втрат - систематичне перемагнічування магнітопроводу змінним магнітним полем. Це перемагничивание викликає в муздрамтеатрі два види магнітних втрат: втрати від гистерезиса РГ, пов'язані з витратою енергії на знищення залишкового магнетизму в феромагнітному матеріалі муздрамтеатру, і втрати від вихрових струмів РВТ, що наводяться змінним магнітним полем в пластинах муздрамтеатру:
З метою зменшення магнітних втрат муздрамтеатр трансформатора виконують з магнітно-м'якого феромагнітного матеріалу - тонколистовий електротехнічної сталі. При цьому магнітопровід роблять шихтованим у вигляді пакетів з тонких пластин (смуг), ізольованих з двох сторін тонкою плівкою лаку.
Магнітні втрати від гистерезиса прямо пропорційні частоті перемагнічування магнітопроводу, т. Е. Частоті змінного струму (РГ = f), а магнітні втрати від вихрових струмів пропорційні квадрату цієї частоти (PВТ ≡ f2). Сумарні магнітні втрати прийнято вважати пропорційними частоті струму ступеня 1,3, т. Е. РМ = f1,3. Величина магнітних втрат залежить також і від магнітної індукції в стрижнях і ярмах муздрамтеатру (Рм ≡ В2) При незмінному первинному напрузі (U1 = const) магнітні втрати постійні, тобто не залежить від навантаження тр-ра.
Залежність ККД від навантаження.
По (2.57) можна побудувати залежність ККД від навантаження (рис. 2.39, а). при # 946; = 0 корисна потужність і ККД дорівнюють нулю. Зі збільшенням потужності, що ККД збільшується, так як в енергетичному балансі зменшується питоме значення магнітних втрат в сталі, що мають постійне значення. При деякому значенні # 946; опт крива ККД досягає максимуму, після чого починає зменшуватися зі збільшенням навантаження. Причиною цього є сильне збільшення електричних втрат в обмотках, зростаючих пропорційно квадрату струму, т. Е. Пропорційно # 946; 2, в той час як корисна потужність Р2 зростає тільки пропорційно # 946 ;.
Максимальне значення ККД в трансформаторах великої потужності досягає досить високих меж (0,98-0,99).
Мал. 2.39. Залежність ККД трансформаторів # 951; від навантаження # 946;
Оптимальний коефіцієнт навантаження # 946; опт, при якому ККД має максимальне значення, можна визначити, взявши першу похідну d # 951; / d # 946; за формулою (2.57) і прирівнявши її нулю. При цьому
# 946; 2оптPк = P0 або # 916; Рел = # 916; Рм
Отже, ККД має максимум при такому навантаженні, при якій електричні втрати в обмотках дорівнюють магніт ним втрат в стали. Ця умова (рівність постійних і змінних втрат) наближено справедливо і для інших типів електричних машин. Для серійних силових трансформаторів
# 946; опт = √P0 / Pк ≈ √0,2 ÷ 0,25 ≈ 0,45 ÷ 0,5 (2.59)
зазначені значення # 946; опт отримані при проектуванні трансформаторів на мінімум приведених витрат (на їх придбання та експлуатацію). Найбільш ймовірна навантаження трансформатора відповідає # 946; = 0,5 ÷ 0,7.
У трансформаторах максимум ККД виражений порівняно слабо, т. Е. Він зберігає високе значення в досить широкому діапазоні зміни навантаження (0,4 <β <1,5). При уменьшении cosφ2 КПД снижается (рис. 2.39,6), так как возрастают токи 12 и I1 при которых трансформатор имеет заданную мощность Р2.
У трансформаторах малої потужності в зв'язку з відносним збільшенням втрат ККД суттєво менше, ніж в трансформаторах великої потужності. Його значення становить 0,6-0,8 для трансформаторів, потужність яких менше 50 Вт; при потужності 100-500 Вт ККД дорівнює 0,90-0,92.