4. Назовите источники потерь энергии в трансформаторе при холостом ходе. Каким образом их можно уменьшить

Потери в трансформаторе это потери энергии, которые возникают в магнитной системе, то есть в стали трансформатора. И электрические потери, возникающие в обмотках трансформатора. Механических потерь в трансформаторе нет, поскольку в нем нет подвижных частей. Следовательно, электрическая энергия в механическую не преобразуется.  Потери в стали трансформатора определяются с помощью опыта холостого хода. То есть ко вторичной обмотке двух обмоточного трансформатора нагрузка не подключена. Особенность этих потерь в том, что они не зависят от режима нагрузки трансформатора. То есть ток холостого хода делиться на две составляющие. Первая идет на создания магнитного потока пронизывающего вторичную обмотку. А вторая расходуется на потери в стали. Эти потери обусловлены вихревыми токами в сердечнике. А также энергия расходуется на гистерезис.

Формула 1 — потери холостого хода

где Pг потери на гистерезис       Pвх потери на вихревые токи       I   ток в первичной обмотке       r   сопротивление первичной обмотки

 Не зависимо от того как меняется нагрузка трансформатора магнитный поток остается неизменным. А, следовательно, не меняется и намагничивающий ток. Потери же в сердечнике также неизменны, так как они зависят от марки стали, из которой изготовлен сердечник.

4. Опыт короткого замыкания. Схема, условия проведения опыта, какие параметры определяются

При коротком замыкании вторичной обмотки сопротивление трансформатора очень мало и ток короткого замыкания во много раз больше номинального. Такой большой ток вызывает сильный нагрев обмоток трансформатора и приводит к выходу его из строя. Поэтому трансформаторы снабжаются защитой, отключающей его при коротких замыканиях.

При опыте короткого замыкания (рис. 104) вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, т. е. напряжение на зажи­мах вторичной обмотки равно нулю. Первичная обмотка включает­ся в сеть с таким пониженным напряжением, при котором токи в обмотках равны номинальным. Такое пониженное напряжение называется напряжением короткого замыкания и обычно равно 5,5% от номинального значения.

По данным опыта короткого замыкания определяется напряже­ние короткого замыкания uк %, его активная uа % и реактивная ux % составляющие, потери на нагревание обмоток трансформато­ра Pобмпри номинальной нагрузке и активное, реактивное и пол­ное сопротивления трансформатора при коротком замыкании rk, xk  и zk.

Потери в обмотках указываются ваттметром. Активное, реактивное и полное сопротивления короткого замы­кания трансформатора определяются следующими выражениями:

где Uk, I и Pk- напряжение, сила тока, мощность, указываемые измерительными приборами, включенными в цепь первичной об­мотки трансформатора.

При испытании трехфазного трансформатора следует в приве­денных выше выражениях подставить фазные значения напряже­ния, тока и мощности.

Напряжение короткого замыкания и его активная и реактивная составляющие равны:

где  Uн и Iн — номинальные напряжения и сила тока вторичной (первичной) обмотки трансформатора.

4. Как определяется кпд трансформатора и от чего он зависит? При какой нагрузке трансформатор имеет максимальный кпд

Коэффициент полезного действия трансформатора представляет собой отношение активной мощности   на выходе трансформатора к активной мощности   на его входе:

.                             (1.52)

Учитывая, что  , имеем

.                              (1.53)

Так как  , то уравнение КПД можно представить в следующем виде

                          ,                        (1.54)

где   – номинальная полная мощность трансформатора.

Значения   и   для силовых трансформаторов приводятся в соответствующих стандартах и каталогах.

Анализ уравнения (1.53) показывает, что η = f(β). Оптимальный коэффициент нагрузки  , при котором КПД имеет максимальное значение, можно определить, взяв первую производную   и приравняв ее к нулю.

При этом

;

                               (1.55)

или                                                   .

Следовательно, КПД имеет максимум при такой нагрузке, когда электрические потери в обмотках равны магнитным потерям в стали.

И з (1.55) имеем

.                (1.56)

Для большинства трансформаторов  0,5÷0,7.

Зависимость   η = f(β)   при    

const представлена на рисунке 1.13. В мощных трансформа-торах максимальное значение КПД может достигать весьма высоких значений (0,98–0,99). В трансформа-торах малой мощности ηmax может снижаться до 0,6 при   до 10 ВА.