В.1. Роль електричних машин і трансформаторів в електрифікації народного господарства

Введення

В.2. Електричні машини - електромеханічні перетворювачі енергії

Вивчення електричних машин засновано на знаннях фізичної сутності електричних і магнітних явищ, що викладають у курсі теоретичних основ електротехніки. Однак перш ніж приступитися до вивчення курсу «Електричні машини», нагадаємо фізичний зміст деяких законів й явищ, що лежать в основі принципу дії електричних машин, у першу чергу закону електромагнітної індукції.

Рис. В.1. До понять про «елементарний генератор» (а) і «елементарному двигуні» (б)

У процесі роботи електричної машини в режимі генератора відбувається перетворення механічної енергії в електричну. Природа цього процесу порозумівається законом електромагнітної індукції: якщо зовнішньою силою  впливати на поміщений у магнітне поле провідник і переміщати його (мал. В. 1,а), наприклад, ліворуч праворуч перпендикулярно вектору індукції  магнітного поля, то в провіднику буде наводитися електрорушійна сила (ЕРС)

,                                      (В. 1)

де – магнітна індукція, Тл;  – активна довжина провідника, тобто довжина його частини, що перебуває в магнітному полі, м;  – швидкість руху провідника, м/с.

Для визначення напрямку ЕРС варто скористатися Правилом «правої руки» (мал. В. 2,а). Застосувавши це правило, визначимо напрямок ЕРС у провіднику (від нас). Якщо кінці провідника замкнуті на зовнішній опір  (споживач), то під дією ЕРС у провіднику виникне струм такого ж напрямку. Таким чином, провідник у магнітному полі можна розглядати в цьому випадку як елементарний генератор.

У результаті взаємодії струму  з магнітним полем виникає діюча на провідник електромагнітна сила

,                 (В. 2)

Рис. В.2. Правила «правої руки» й «лівої руки»

Напрямок сили  можна визначити за правилом «лівої руки» (мал. В. 2, б). У розглянутому випадку ця сила спрямована праворуч ліворуч, тобто протилежно руху провідника. Таким чином, у розглянутому елементарному генераторі сила  є гальмуючою стосовно рушійної сили .

При рівномірному русі провідника . Помноживши обидві частини рівності на швидкість руху провідника, одержимо

Підставимо в це вираження значення  з (В. 2):

                                  (В. З)

Ліва частина рівності визначає значення механічної потужності, затрачуваної на переміщення провідника в магнітному полі; права частина – значення електричної потужності, що розвиває в замкнутому контурі електричним струмом . Знак рівності між цими частинами показує, що в генераторі механічна потужність, затрачувана зовнішньою силою, перетвориться в електричну.

Якщо зовнішню силу  до провідника не прикладати, а від джерела електроенергії підвести до нього напруга  так, щоб струм  у провіднику мав напрямок, зазначений на мал. В. 1, б, то на провідник буде діяти тільки електромагнітна сила . Під дією цієї сили провідник почне рухатися в магнітному полі. При цьому в провіднику индуктується ЕРС із напрямком, протилежним напрузі . Таким чином, частина напруги , прикладеного до провідника, урівноважується ЕРС , наведеної в цьому провіднику, а інша частина становить спадання напруги в провіднику:

,                                (В. 4)

де  – електричний опір провідника.

Помножимо обидві частини рівності на струм :

.

Підставляючи замість  значення ЕРС із (В. 1), одержимо

,

або, згідно (В.2),

.                             (В. 5)

Із цієї рівності треба, що електрична потужність (  ), що надходить у провідник, частково перетвориться в механічну (  ), а частково витрачається на покриття електричних втрат у провіднику(  ). Отже, провідник зі струмом, поміщений у магнітному полі, можна розглядати як елементарний електродвигун.

Розглянуті явища дозволяють зробити вивід: а) для будь-якої електричної машини обов'язкова наявність електропровідного середовища (провідників) і магнітного поля, що мають можливість взаємного переміщення; б) при роботі електричної машини як у режимі генератора, так й у режимі двигуна одночасно спостерігаються індукування ЕРС у провіднику, що перетинає магнітне поле, і виникнення сили, що діє на провідник, що перебуває в магнітному полі, при протіканні по ньому електричного струму; в) взаємне перетворення механічної і електричної енергій в електричній машині може відбуватися в будь-якому напрямку, тобто та сама електрична машина може працювати як у режимі двигуна, так й у режимі генератора; ця властивість електричних машин називають оборотністю. Принцип оборотності електричних машин був уперше встановлений росіянином ученим Э. X. Ленцем.

Розглянуті «елементарні» електричні генератор і двигун відбивають лише принцип використання в них основних законів й явищ електричного струму. Що ж стосується конструктивного виконання, то більшість електричних машин побудовано на принципі обертового руху їхньої рухливої частини. Незважаючи на велику розмаїтість конструкцій електричних машин, виявляється можливим уявити собі деяку узагальнену конструкцію електричної машини. Така конструкція (мал. У.З) складається з нерухомої частини 1, називаної статором, і обертової частини 2, називаної ротором. Ротор розташовується в розточенні статора й відділений від нього повітряним зазором. Одна із зазначених частин машини постачена елементами, що збуджують у машині магнітне поле (наприклад, електромагніт або постійний магніт), а інша - має обмотку, що будемо умовно називати робочою обмоткою машини. Як нерухома частина машини (статор), так і рухлива (ротор) мають сердечники, виконані з магнітно-м'якого матеріалу який володіє невеликим магнітним опором.

Якщо електрична машина працює в режимі генератора, то при обертанні ротора (під дією приводного двигуна) у провідниках робочої обмотки наводиться ЕРС і при підключенні споживача з'являється електричний струм. При цьому механічна енергія приводного двигуна перетвориться в електричну. Якщо машина призначена для роботи як електродвигун, то робоча обмотка машини підключається до мережі. При цьому струм, що виник у провідниках обмотки, взаємодіє з магнітним полем і на роторі виникають електромагнітні сили, що приводять ротор в обертання. При цьому електрична енергія, споживана двигуном з мережі, перетвориться в механічну енергію, затрачувану на обертання якого-небудь механізму, в ЕРС та й т.п.

Можливі також конструкції електричних машин, у яких робоча обмотка розташована на статорі, а елементи, що збуджують магнітне поле, - на роторі. Принцип роботи машини при цьому залишається колишнім.

Діапазон потужностей електричних машин досить широкий - від часток ватів до сотень тисяч кіловат.

Рис. В.З. Узагальнена конструктивна схема електричної машини

 

Глава 1

ТРАНСФОРМАТОРИ

• Робочий процес трансформатора

• Групи з'єднань обмоток і паралельна робота трансформаторів.

• Три обмотувальні трансформатори й автотрансформатори

• Перехідні процеси в трансформаторах.

• Трансформаторні пристрій спеціального призначення

 

Трансформатори широко застосовуються в системах передачі й _г розподілу електроенергії. Відомо, що передача електроенергії на далекі відстані здійснюється при високій напрузі (до 500 кв і більше), завдяки чому значно зменшуються електричні втрати в лінії електропередачі. Одержати таку високу напругу в генераторі неможливо, тому електроенергія після генератора подається на підвищувальний трансформатор, у якому напруга збільшується до необхідного значення. Це напруга повинне бути тим вище, чим більше довжина лінії електропередачі й чим більше передана по цій лінії потужність. Наприклад, при передачі електроенергії потужністю 10⁶ квт на відстань 1000 км необхідна напруга 500 кв. У місцях розподілу електроенергії між споживачами встановлюють понижуючі трансформатори, які знижують напруга до необхідного значення. І нарешті, у місцях споживання електроенергії напруга ще раз знижують за допомогою трансформаторів до 220, 380 або 660 У. При такій напрузі електроенергія подається безпосередньо споживачам - на робочі місця підприємств й у житлові приміщення. Таким чином, електроенергія змінного струму в процесі передачі від електростанції до споживачів піддається трьох-, а іноді й чотириразовому трансформуванню. Крім цього основного застосування трансформатори використаються в різних електроустановках (нагрівальних, зварювальних і т.п.), пристроях автоматики, зв'язку й т.д.

Розділ 1

Принцип дії трансформаторів

Найпростіший силовий трансформатор складається з магнітопровода (сердечника), виконаного з феромагнітного матеріалу (звичайно листова електротехнічна сталь), і двох обмоток, розташованих на стрижнях магнітопровода (мал. 1.1, а). Одна з обмоток, що називають первинною, приєднана до джерела змінного струму  на напругу .  іншій обмотці, називаної вторинної, підключений споживач .

 

Рис. 1.1. Електромагнітна (а) і принципова (б) схеми трансформатора

Первинна й вторинна обмотки трансформатора не мають електричного зв'язку один з одним, і потужність із однієї обмотки в іншу передається електромагнітним шляхом. магнітопровід, на якому розташовані ці обмотки, служить для посилення індуктивного зв'язку між обмотками.

Дія трансформатора заснована на явищі електромагнітної індукції. При підключенні первинної обмотки до джерела змінного струму у витках цієї обмотки протікає змінний струм  який створює в магнітопровіді змінний магнітний потік . Замикаючись у магнітопровіді, цей потік зчіплюється з обома обмотками (первинної й вторинної) і індуктуе у них ЕРС:

у первинній обмотці ЕРС самоіндукції

,                              (1.1)

у вторинній обмотці ЕРС взаємоіндукції

,                              (1.2)

де  й  – число витків у первинній і вторинній обмотках трансформатора.

При підключенні навантаження  до виводів вторинної обмотки трансформатора під дією ЕРС  у ланцюзі цієї обмотки створюється струм , а на виводах вторинної обмотки встановлюється напруга . У підвищувальних трансформаторах , а в понижуючим .

З (1.1) і (1.2) видно, що ЕРС  й , що наводять в обмотках трансформатора, відрізняються друг від друга лише за рахунок різного числа витків  й  в обмотках, тому, застосовуючи

обмотки з необхідним співвідношенням витків, можна виготовити трансформатор на будь-яке відношення напруг.

Обмотку трансформатора, підключену до мережі з більше високою напругою, називають обмоткою вищої напруги (ВН); обмотку, приєднану до мережі меншої напруги, - обмоткою нижчої напруги (НН).

На мал. 1.1,6 показане зображення однофазного трансформатора на принципових електричних схемах.

Трансформатори мають властивість оборотності, той самий трансформатор можна використати в якості підвищувальні й понижуючого. Але звичайно трансформатор має певне призначення: або він підвищувальний, або - понижуючий.

Трансформатор – це апарат змінного струму. Якщо ж його первинну обмотку підключити до джерела постійного струму, то магнітний потік у магнітопровіді трансформатора також буде постійним як по величині, так і по напрямку (  ), тому в обмотках трансформатора не буде наводитися ЕРС, а отже, електроенергія з первинного ланцюга не буде передаватися у вторинну.

Класифікують трансформатори по декількох ознаках:

по призначенню - силові загального призначення, силові спеціального призначення, імпульсні, для перетворення частоти й т.д.;

по виду охолодження - з повітряним (сухі трансформатори) і масляним (масляні трансформатори) охолодженням (див. § 1.3);

по числу фаз, що трансформують - однофазні й трифазні;

за формою магнітопровода - стрижневій, броньові, броні стрижневі, тороїдальні;

по числу обмоток на фазу - двох обмотувальні, багато обмотувальні.

На задньому форзаці даної книги представлена діаграма класифікації силових трансформаторів загального призначення.

Пристрій трансформаторів

Сучасний трансформатор складається з різних конструктивних елементів: магнітопровода, обмоток, уведень, бака й ін. магнітопровід з насадженими на його стрижні обмотками становить активну частину трансформатора. Інші елементи трансформатора називають неактивними (допоміжними) частинами. Розглянемо докладніше конструкцію основних частин трансформатора.

Магнітопровід. магнітопровід у трансформаторі виконує дві функції: по-перше, він становить магнітний ланцюг, по якій замикається основний магнітний потік трансформатора, а по-других, він є основою для установки й кріплення обмоток, відводів, перемикачів. Магнітопровід має шихтовану конструкцію, тобто він складається з тонких (звичайно товщиною 0,5 мм) сталевих пластин, покритих із двох сторін ізолюючою плівкою (наприклад, лаком). Така конструкція магнітопровода обумовлена прагненням послабити вихрові струми, що наводять у ньому змінним магнітним потоком, а отже, зменшити величину втрат енергії в трансформаторі.

Рис. 1.2. Магнітопровід трифазного трансформатора стрижневого типу з обмотками

Силові трансформатори виконуються з магнітопроводами трьох типів: стрижневій, броньового й броні стрижневого.

У магнітопровіді стрижневого типу (мал. 1.2, а) вертикальні стрижні 1, на яких розташовані обмотки 2, зверху й знизу замкнуті ярмами 3. На кожному стрижні розташовані обмотки відповідної фази й проходить магнітний потік цієї фази: у крайніх стрижнях – потоки  й , а в середньому стрижні – потік . На мал. 1.2, б показаний зовнішній вигляд магнітопровода. При цьому стрижні мають східчастий перетин, що вписує в коло діаметром  (мал. 1.3). Стрижні трансформаторів великої потужності мають багато щаблів, що забезпечує краще використання площі кругу усередині обмотки. Для кращої тепловіддачі іноді між окремими пакетами стрижня залишають повітряні зазори шириною 5-6 мм, службовці вентиляційними каналами.

 

Рис. 1.3. Форма перетину стрижнів:

Рис. 1.4. Однофазний трансформатор броньового

Рис. 1.5. Магнітопроводи броні стрижневих трансформаторів

Рис. 1.8. Обпресування ярма.

 

Стрижні магнітопровідів щоб уникнути распушення спресовують (скріплюють). Роблять це звичайно накладенням на стрижень бандажа зі стеклоленти або сталевого дроту Сталевий бандаж виконують із ізолюючою пряжкою, що виключає створення замкнутих сталевих витків на стрижнях. Бандаж накладають рівномірно, з певним натягом. Для обпресування ярем 3 і місць їхнього зчленування зі стрижнями 1

використають ярмові балки 2, які в місцях, що виходять за крайні стрижні (мал. 1 8), стягають шпильками.

Щоб уникнути виникнення різниці потенціалів між металевими частинами під час роботи трансформатора, що може викликати пробій ізоляційних проміжків, що розділяють ці частини, магнітопровід і деталі його кріплення обов'язково заземлюють. Заземлення здійснюють мідними стрічками, що вставляють між сталевими пластинами магнітопровода одними кінцями й прикріплюють до ярмових балок іншими кінцями.

Магнітопроводи трансформаторів малої потужності (звичайно потужністю не більше ) найчастіше виготовляють із вузької стрічки електротехнічної холоднокатаної сталі шляхом навивки. Такі магнітопроводи роблять розрізними (мал. 1.9), а після насадки обмоток збирають у стик і стягають спеціальними хомутами.

 

Рис. 1.9. Стрічкові розрізні магнітопроводи

 

Рис. 1.10. Концентрична (а) і дискова (б) обмотки трансформаторів

 

Обмотки. Обмотки трансформаторів середньої й великої потужності виконують із обмотувальних проводів круглого або прямокутного перетину, ізольованих бавовняною пряжею або кабельним папером. Основою обмотки в більшості випадків є паперово-бакелітовий циліндр, на якому кріпляться елементи (рейки, кутові шайби й т п.), що забезпечують обмотці механічну й електричну міцність.

По взаємному розташуванню на стрижні обмотки розділяють на концентричні й що чергуються. Концентричні обмотки виконують у вигляді циліндрів, розташовуваних на стрижні концентрично: ближче до стрижня звичайно розташовують обмотки НН (потребуючу меншої ізоляції від стрижня), а зовні - обмотку ВН (мал. 1.10, а).

Що чергуються (дискові) обмотки виконують у вигляді окремих секцій (дисків) НН і ВН і розташовують на стрижні в порядку, що чергуються (мал. 1.10, 6) обмотки, Що Чергуються, застосовують досить рідко, лише в деяких трансформаторах спеціального призначення.

Концентричні обмотки в конструктивному відношенні розділяють на кілька типів. Розглянемо деякі з них.

1. Циліндричні одношарові або двошарові обмотки із проведення прямокутного перетину (мал. 1.11, а) використають головним чином як обмотки НН на номінальний струм до 800 А.

Рис. 1.11. Конструкція концентричних обмоток

 

2. Гвинтові одне- і багато ходові обмотки виконують із декількох паралельних проводів прямокутного перетину. При цьому витки укладають по гвинтовій лінії, що має один або кілька ходів (мал. 1.11,6). Для того щоб всі паралельні провідники однаково навантажувалися струмом, виконують транспозицію (перекладку) цих провідників. При транспозиції прагнуть, щоб у межах одного витка кожен провідник займав всі положення. Транспозиція може бути груповий (мал. 1.12, а), коли паралельні проведення діляться на дві групи й перестановка здійснюється групами, і загальної, коли міняється взаємне розташування всіх паралельних проводів (мал. 1.12, 6).

3. Безперервні обмотки (мал. 1.11, в) складаються з окремих дискових обмоток (секцій), намотаних по спіралі й з'єднаних між собою без пайки, тобто виконаних «безупинно». Якщо обмотка виконується декількома паралельними проводами, то в ній застосовують транспозицію проводів. Безперервні обмотки, незважаючи на деяку складність виготовлення, набутили найбільшого застосування в силових трансформаторах як як обмотки ВН, так й як обмотки НН. Це порозумівається їх великою механічною міцністю й надійністю.

У трансформаторах з масляним охолодженням магнітопровід з обмотками поміщений у бак, наповнений трансформаторним маслом (мал. 1.13). Трансформаторне масло, обмиваючи обмотки 2 й 3 і магнітопровід 1, відбирає від них теплоту й, маючи більше високу теплопровідність, чим повітря, 1через стінки бака 4 і труби радіатора 5 віддає її в навколишнє середовище. Наявність трансформаторного масла забезпечує більше надійну роботу високовольтних трансформаторів, тому що електрична міцність масла набагато вище, ніж повітря. Масляне охолодження інтенсивніше повітряного, тому габарити й вага масляних трансформаторів менше, ніж у сухих трансформаторів такої ж потужності.

У трансформаторах потужністю до 20–30  застосовують баки із гладкими стінками. У могутніших трансформаторів для збільшення охолоджуваної поверхні стінки бака роблять ребристими або ж застосовують трубчасті баки. Масло, нагріваючись, піднімається нагору, а прохолоджуючись, опускається вниз. При цьому масло циркулює в трубах, що сприяє більше швидкому його охолодженню (див. § 31.5).

Для компенсації обсягу масла при зміні температури, а також для захисту масла від окислювання й зволоження при контакті з повітрям у трансформаторах застосовують розширник 9, що представляє собою циліндрична посудина, установлена на кришці бака й сполучений з ним. Коливання рівня масла зі зміною його температури відбуваються не в баці, що завжди заповнений маслом, а в розширнику, що повідомляється з атмосферою.

У процесі роботи трансформаторів не виключена можливість виникнення в них явищ, що супроводжуються бурхливим I виділенням газів, що веде до значного збільшення тиску усередині бака, тому щоб уникнути ушкодження баків [трансформатори потужністю 1000 ква й вище постачають вихлопною трубою, що встановлюють на кришці бака. Нижнім кінцем труба повідомляється з баком, а її верхній кінець закінчується фланцем, на якому укріплений скляний диск. При тиску, що перевищує безпечне для бака, скляний диск лопається, і гази виходять назовні.

У трубопровід, що з'єднує бак масляного трансформатора з розширником, поміщене газове реле.

Рис. 1.12. Транспозиція у гвинтових обмотках

При виникненні в трансформаторі значних ушкоджень, супроводжуваних рясним виділенням газів (наприклад, при короткому замиканні між витками обмоток), газове реле спрацьовує й замикає контакти ланцюга управління вимикача, що відключає трансформатор від мережі. Обмотки трансформатора із зовнішнім ланцюгом з'єднують уведеннями 7 й 8. У масляних трансформаторах для уведень звичайно використають прохідні порцелянові ізолятори.

Рис. 1.13. Пристрій трансформатора з масляним охолодженням

Таке уведення постачене металевим фланцем, за допомогою якого він кріпиться до кришки або стінки бака. До дна бака прикріплена візок, що дозволяє переміщати трансформатор у межах підстанції. На кришці бака розташована рукоятка перемикача напруг 6 (див. § 1.15).

Властивості трансформатора визначаються його номінальними параметрами: 1) номінальна первинна лінійна напруга ,  або ; 2) номінальна вторинна лінійна напруга  (напруга на виводах вторинної обмотки при відключеному навантаженні й номінальній первинній напрузі),  або ; 3) номінальні лінійні струми в первинній  і вторинній  обмотках, А; 4) номінальна повна потужність ,  (для однофазного трансформатора , для трифазного – ).

Номінальні лінійні струми обчислюють по номінальній потужності трансформатора: для трифазного трансформатора

;        (1.3)

де  – номінальна потужність трифазного трансформатора, .

Кожен трансформатор розрахований для включення в мережу змінного струму певної частоти. У СРСР трансформатори загального призначення розраховані на частоту = 50 Гц (у деяких інших країнах = 60 Гц), у пристроях автоматики й зв'язку застосовують трансформатори на частоти 50, 400 або 1000 Гц.

 

Приклад 1.1. Номінальні значення первинної й вторинної напруг однофазного трансформатора , , номінальний первинний струм . Визначити номінальну потужність трансформатора  й номінальний вторинний струм .

Рішення. Номінальна потужність трансформатора . Номінальний вторинний струм .

Рис. 1.14. Магнітні потоки в однофазному трансформаторі

Струми  й  в обмотках трансформатора крім основного магнітного потоку  створюють магнітні потоки розсіювання  й  (мал. 1.14), кожний з яких зчеплений з витками лише власної обмотки й індуктуе у ній ЕРС розсіювання. Ці ЕРС у первинній і вторинній обмотках такі:

;

де  й  – індуктивності розсіювання.

Тому що магнітні потоки розсіювання замикаються головним чином у немагнітному середовищі (повітря, масло, мідь), магнітна проникність якої постійна, те й індуктивності  й  можна вважати постійними.

Діючі значення ЕРС розсіювання пропорційні струмам у відповідних обмотках:

;

де  й  – індуктивні опори розсіювання первинної й вторинної обмоток відповідно, Ом (знак мінус у цих вираженнях свідчить про реактивність ЕРС розсіювання). Таким чином, у кожній з обмоток трансформатора індуктуються по двох ЕРС: ЕРС від основного потоку  й ЕРС від потоку розсіювання (  у первинній обмотці й  в - вторинній обмотці).

Для первинного ланцюга трансформатора, включеної в мережу на напругу , з урахуванням падіння напруги в активному опорі первинної обмотки  можна записати рівняння напруг по другому законі Кірхгофа:

або, перенесучи ЕРС  й  у праву частину рівняння й виразивши ЕРС розсіювання через індуктивний опір розсіювання , одержимо рівняння напруг для первинного ланцюга трансформатора:

ЕРС первинної обмотки , наведена основним магнітним потоком , являє собою ЕРС самоіндукції, а тому перебуває в противофазі з підведеним до первинної обмотки напругою .

Звичайно індуктивне  й активне  спадання напруги невеликі, а тому з деяким наближенням можна вважати, що підведене до трансформатора напруга  врівноважується ЕРС , тобто

Для вторинного ланцюга трансформатора, замкнутої на навантаження з опором , рівняння напруг має вигляд

т. е. сума ЕРС, наведених у вторинній обмотці (  ), урівноважується сумою падінь напруг (  ). Тут  – активний опір вторинної обмотки. Спадання напруги на навантаженні  являє собою напруга на виводах вторинної обмотки трансформатора:

Приведемо рівняння (1.15) до виду, аналогічному рівнянню ЕРС для первинного ланцюга (1.13). При цьому врахуємо вираження (1.12) і (1.16) і одержимо рівняння напруг для вторинного ланцюга трансформатора:

Із цього рівняння треба, що напруга на виході навантаженого трансформатора відрізняється від ЕРС вторинної обмотки на значення спадання напруги у вторинній обмотці.

Приклад 1.2. Є однофазний трансформатор (мал. 1.14) номінальною потужністю  й номінальними напругами  й  при частоті струму = 50 Гц; діюче значення напруги, що доводиться на один виток обмоток, .

Визначити: числа витків обмоток трансформатора  й ; поперечний переріз обмотувальних проводів первинної  й вторинної  обмоток, якщо щільність струму в цих проводах ; площа поперечного переріза стрижня магнітопровода , якщо максимальне значення магнітної індукції в стрижні .

Рішення. За номінальним значенням напруг  і  визначаємо числа витків в обмотках:

;

Номінальні значення струмів в обмотках:

;

Поперечні перерізи обмотувальних проводів:

;

Основний магнітний потік у стрижні визначимо, використовуючи вираження (1.10) і з огляду на, що номінальна вторинна напруга :

Поперечний переріз стрижня магнітопровода

де  – коефіцієнт заповнення шихтованого стрижня сталлю, що враховує збільшення перетину стрижня прошарками ізоляційного лаку між сталевими смугами.

 

Рис. 1.17. Розкладання струму х.х. на складові

Втрати й ККД трансформатора

У процесі трансформування електричної енергії частина енергії губиться в трансформаторі на покриття втрат. Втрати в трансформаторі розділяються на електричні й магнітні.

Електричні втрати. Обумовлені нагріванням обмоток трансформаторів при проходженні по цих обмотках електричного струму. Потужність електричних втрат   пропорційна квадрату струму й визначається сумою електричних втрат у первинній  і у вторинної  обмотках:

,                 (1 -73)

де – число фаз в обмотках трансформатора (для однофазного трансформатора = 1, для трифазного = 3).

При проектуванні трансформатора величину електричних втрат визначають по (1.73), а для виготовленого трансформатора ці втрати визначають досвідченим шляхом, вимірявши потужність к. з. (см. § 1.11) при номінальних струмах в обмотках :

,                                (1-74)

де – коефіцієнт навантаження (див. § 1.13).

Електричні втрати називають змінними, тому що їхня величина залежить від навантаження трансформатора (мал. 1.40).

Магнітні втрати. Відбуваються головним чином у магнітопровіді трансформатора. Причина цих втрат – систематичне перемагнічування магнітопровода змінним магнітним полем. Це перемагнічування викликає в магнітопровіді два види магнітних втрат: втрати від гістерезису ,пов'язані з витратою енергії на знищення залишкового магнетизму у феромагнітному матеріалі магнітопровода, і втрати від вихрових струмів , що наводять змінним магнітним полем у пластинах магнітопровода:

З метою зменшення магнітних втрат магнітопровід трансформатора виконують із магнітно-м'якого феромагнітного матеріалу - тонколистової електротехнічної сталі. При цьому магнітопровід роблять шихтованим у вигляді пакетів з тонких пластин (смуг), ізольованих із двох сторін тонкою плівкою лаку.

Магнітні втрати від гістерезису прямо пропорційні частоті перемагнічування магнітопровода, тобто частоті змінного струму (