Загуби на мощност в трансформатора
Основните характеристики на трансформатора са преди всичко напрежението на намотката и мощността, предавана от трансформатора. Прехвърлянето на мощност от една намотка към друга се извършва електромагнитно, докато част от захранването, подадено към трансформатора от захранването от мрежата, се губи в трансформатора. Изгубената част от мощността се нарича загуби.
Когато мощността се предава през трансформатор, напрежението на вторичните намотки се променя с промяна в натоварването поради спад на напрежението в трансформатора, което се определя от съпротивлението на късо съединение. Загубата на мощност в трансформатора и напрежението на късо съединение също са важни характеристики. Те определят ефективността на трансформатора и режима на работа на електрическата мрежа.
Загубата на мощност в трансформатора е една от основните характеристики на икономичността на конструкцията на трансформатора. Общите нормализирани загуби се състоят от загуби на празен ход (XX) и загуби от късо съединение (SC). При празен ход (няма свързан товар), когато токът тече само през намотката, свързана към източника на захранване, и няма ток в другите намотки, консумираната от мрежата мощност се изразходва за създаване на магнитен поток на празен ход, т.е. за намагнитване на магнитна верига, състояща се от листове от трансформаторна стомана. Дотолкова доколкото променливият ток променя посоката си, тогава посоката на магнитния поток също се променя. Това означава, че стоманата се намагнетизира и размагнитва последователно. Когато токът се промени от максимум на нула, стоманата се размагнетизира, магнитната индукция намалява, но с известно забавяне, т.е. размагнитването се забавя (когато токът достигне нула, индукцията не е нулева точка н). Забавянето на обръщането на намагнитването е следствие от устойчивостта на стоманата към преориентиране на елементарни магнити.
Кривата на намагнитване при обръщане на посоката на тока образува т.нар хистерезисна верига, който е различен за всеки клас стомана и зависи от максималната магнитна индукция Wmax. Областта, покрита от контура, съответства на мощността, изразходвана за намагнитване. Тъй като стоманата се нагрява по време на обръщане на намагнитването, електрическата енергия, подавана към трансформатора, се превръща в топлина и се разсейва в околното пространство, т.е. е безвъзвратно изгубен. Това е физически загубата на мощност за обръщане на намагнитването.
В допълнение към загубите на хистерезис, когато магнитният поток тече през магнитната верига, загуби на вихрови токове… Както знаете, магнитният поток индуцира електродвижеща сила (ЕМП), която създава ток не само в намотката, разположена върху сърцевината на магнитната верига, но и в самия метал. Вихровите токове протичат в затворен контур (вихрово движение) на мястото на стоманата в посока, перпендикулярна на посоката на магнитния поток. За да се намалят вихровите токове, магнитната верига се сглобява от отделни изолирани стоманени листове. В този случай, колкото по -тънък е листът, толкова по -малък е елементарният ЕМП, толкова по -малко е вихровият ток, създаден от него, т.е. по -малка загуба на мощност от вихрови токове. Тези загуби загряват и магнитната верига. За да намалите вихровите токове, загубите и отоплението, увеличете електрическо съпротивление стомана чрез въвеждане на добавки в метала.
При всеки трансформатор консумацията на материали трябва да бъде оптимална.При дадена индукция в магнитната верига размерът му определя мощността на трансформатора. Затова те се опитват да имат възможно най -много стомана в участъка на сърцевината на магнитната верига, т.е. с избрания коефициент на запълване на външен размер kz трябва да бъде най -големият. Това се постига чрез нанасяне на най -тънкия слой изолация между стоманените листове. В момента стоманата се използва с тънко топлоустойчиво покритие, нанесено в процеса на производство на стомана и правещо възможно получаването kz = 0,950,96.
При производството на трансформатор, поради различни технологични операции със стомана, качеството му в готовата конструкция се влошава до известна степен и загубите в конструкцията се получават с около 2550% повече, отколкото в оригиналната стомана преди нейната обработка (при използване на намотана стомана и пресоване магнитната верига без шипове).