Электромагнитные устройства в автоматике

По (2.57) можно построить зависимость КПД от нагрузки (рис. 2.27, а). При β = 0 полезная мощность и КПД равны нулю. С увеличением отдаваемой мощности КПД увеличивается, так как в энер­гетическом балансе уменьшается удельное значение маг­нитных потерь в стали, имеющих постоянное значение. При некотором значении (β_опт кривая КПД достигает мак­симума, после чего начинает уменьшаться с увеличением нагрузки. Причиной этого является сильное увеличение электрических потерь в обмотках, возрастающих пропорционально квадрату тока, т. е.

Рис. 2.27.  Зависимости КПД трансформатора η от нагрузки β

пропорционально β², в то время как полезная мощность Р₂ возрастает пропорци­онально  β.

Максимальное значение КПД в трансформаторах боль­шой мощности достигает весьма высоких пределов (0,98-0,99). Оптимальный коэффициент нагрузки β_опт, при котором КПД имеет максимальное значение, можно опреде­лить, взяв первую производную dη/dβпо формуле (2.57) и приравняв ее нулю.  При этом

Следовательно, КПД имеет максимум при такой нагруз­ке, при которой электрические потери в обмотках равны магнитным потерям в стали. Это условие (равенство постоянных и переменных потерь) приближенно справедливо и для других типов электрических машин. Для серийных силовых трансформаторов

Указанные значения  Р_опт получены при проектировании трансформаторов на минимум приведенных затрат (на их приобретение и эксплуатацию). Наиболее вероятная нагрузка трансформатора соответствует β= 0,5-0,7.

В трансформаторах максимум КПД выражен сравнительно слабо, т. е. он сохраняет высокое значение в довольно широком диапазоне изменения нагрузки (0,4<β<1,5). При уменьшении cosφ₂ КПД снижается (рис. 2.27, б), так как возрастают токи I₂ и I₁, при которых трансформатор имеет заданную мощность Р₂.