Потери энергии в трансформаторах, виды и способы их снижения

1.

Потери энергии в
трансформаторах, виды и
способы их снижения
Преподаватель: Голубев Д.М.
Выполнил: Михайлов В.А. Гр.226/2
Санкт-Петербург 2025

2.

Виды потерь энергии в трансформаторах
Потери холостого хода.
Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки
подано переменное напряжение, называется холостым ходом трансформатора. При таком типе работы все утечки,
которые неизбежно возникают при номинальных значениях уровня напряжения и частоты, принято называть
потерями холостого хода.
Магнитные потери (потери в сердечнике):
- Вихревые токи (токи Фуко): При изменении магнитного поля в сердечнике трансформатора возникают вихревые
токи, которые преобразуют часть энергии в тепло. Эти токи возникают, так как сердечник сделан из проводящего
материала, и они мешают нормальной работе трансформатора.
Несколько вариантов уменьшения токов Фуко:
- Увеличить сопротивление магнитопровода. Для этого
сердечники набирают из тонких пластин, которые изолированы
друг от друга окалинами или при помощи специального лака.
- Ввести специальные добавки, которые увеличивают
электрическое сопротивление. Например, для увеличения
электрического
сопротивления
ферромагнетика
электротехническая сталь изготавливается с присадкой
кремния.
- Применять магнитные диэлектрики. Они используются для
магнитопроводов устройств, которые работают на высокой
частоте.

3.

- Гистерезис (с греческого запаздывание): Этот эффект возникает из-за того, что магнитные свойства материала
сердечника изменяются циклически при каждом изменении направления тока. Эта "память" материала требует
дополнительной энергии, которая также теряется в виде тепла.
Некоторые причины потери холостого хода:
•Коррозия металла, которая происходит из-за нарушения целостности лакового слоя. В результате это
значительно увеличивает вихревые токи и усиливает нагрев стали, используемой в трансформаторе.
•Витковое замыкание, происходящее в обмотках и приводящее к резкому скачку напряжения.
•Недостаточная или некачественная изоляция стягивающих шпилек, приводящая к замкнутому накоротко
контуру.
•Недостаточное или избыточное число витков на вольт, которое зависит от целого ряда характеристик.
Числом витков можно не только увеличить потери холостого хода, но и значительно уменьшить их при
правильном расчете.
•Перегрев стальных узлов и элементов трансформатора неизбежно снижает качество работы

4.

Потери короткого замыкания
Потери короткого замыкания в трансформаторе возникают при его работе в условиях короткого замыкания, то
есть в случае, когда сопротивление нагрузки резко падает, что может привести к чрезмерному току в обмотках.
Как происходит:
1. Увеличение тока: При коротком замыкании ток в обмотках трансформатора значительно увеличивается, что
приводит к нагреву проводов и сердечника из-за высокой мощности, выделяемой на сопротивлении обмоток.
2. Потери на сопротивлении: В процессе передачи электроэнергии через обмотки возникают потери,
пропорциональные квадрату тока (I²R Чем выше ток и сопротивление, тем больше потери). Эти потери
приводят к нагреву и, при длительном коротком замыкании, могут повредить изоляцию и сам трансформатор.

5.

Как избежать:
1. Правильный выбор трансформатора: Использование трансформаторов с низким сопротивлением обмоток и
высоким соотношением мощности может помочь уменьшить потери.
2. Электрические защитные устройства: Установка автоматических выключателей и предохранителей, которые
отключают трансформатор при возникновении короткого замыкания.
3. Снижение импеданса (Импеданс — полное сопротивление цепи): Уменьшение импеданса трансформатора
(например, с помощью использования проводников большего сечения) может снизить напряжение и ток в обмотках.
4. Эффективное охлаждение: Установка системы охлаждения для контроля температуры трансформатора может
помочь избежать перегрева и повреждения в случае короткого замыкания.
5. Установка трансформаторов с перегрузочной способностью: Трансформаторы, которые способны выдерживать
короткие броски тока.

6.

Спасибо за внимание