Як підвищити ККД трансформатора

Багатьом відомо, що практично ні один потужний радіоелектронний пристрій не обходиться без використання трансформаторів. Трансформатор являє собою муздрамтеатр, що складається з феромагнітного матеріалу, з намотаним поверх нього мідними обмотками. Як правило, трансформатор має дві обмотки, причому первинна обмотка підключена до джерела змінного струму, а до вторинної обмотки підключена навантаження. І саме шляхом регулювання навантажувального опору встановлюють необхідний експлуатаційний режим.

Трансформатори використовують для перетворення енергії, зокрема, для зміни значення струму, напруги або потужності в ланцюзі. Це дозволяє включати в мережу з напругою 220 вольт прилади, що працюють у багато меншому діапазоні напруг.

Недолік розглянутого пристрою - високі електромагнітні втрати, пов'язані з особливостями будови трансформатора. Тому необхідно шукати шляхи вирішення даної проблеми. З фізичної точки зору постараємося розібратися, як збільшити ККД трансформатора.

Втрати бувають двох видів: втрати «в сталі», або втрати в магнітопроводі (осерді) трансформатора, і втрати «в міді», або втрати в обмотках. Потужність, що витрачається на перераховані вище втрати, знижує ККД. ККД розраховується наступним чином: ККД = Р2 / Р1 = Р2 / (Р2 + Рст + Рм), де
Р2 - потужність в навантаженні,
РСТ - потужність втрат «в сталі»,
Рм - потужність втрат «в міді».

Таким чином, для підвищення ефективності роботи трансформатора необхідно знизити втрати в осерді і в обмотках.

Розглянемо втрати «в міді». Вони створюються через природне наявності електричного опору металевого провідника - мідної обмотки. Значить, необхідно по можливості максимально збільшити провідність або, іншими словами, зменшити опір. R = р * l / S, де
р - питомий електричний опір,
l - довжина провідника,
S - площа поперечного перерізу провідника.

І що ми маємо? Для зменшення опору потрібно зменшити питомий опір або довжину провідника або збільшити площу поперечного перерізу.

Найнижче питомий опір в алюмінію і потім у міді. Але алюміній є дорогоцінним металом, що порівняно сильно збільшує собівартість трансформатора. Тому вигідніше використовувати мідь. Але це ми і так маємо. У промисловому виробництві трансформаторів обмотки завжди роблять мідними.

Зменшення довжини обмотки також не є рішенням. Справа в тому, що, зменшуючи довжину, ми зменшуємо і число витків обмотки, тим самим змінюючи коефіцієнт трансформації, і, отже, ту мету, заради якої ми використовуємо трансформатор. Даним чином ми не отримаємо необхідну нам перетворення.

Залишається одне: збільшити площу поперечного перерізу. При цьому у нас збільшується товщина обмотки. Очевидно, що нескінченно це робити неможливо, тим більше що ми повинні стежити за габаритами. Так ми можемо знизити втрати «в міді».

Перейдемо до втрат «в стали». До них відносяться втрати на гістерезис сердечника і втрати на вихрові струми.

Петля гістерезису - це магнітна характеристика муздрамтеатру трансформатора, що показує залежність магнітної індукції від напруженості магнітного поля B = f (H). Відомо, що чим більше площа петлі гістерезису, тим більше втрати. Відповідно, щоб знизити втрати на гістерезис, необхідно в якості сердечника використовувати сталевий магнітопровід з вузькою петлею гистерезиса.

Інший вид втрат «в сталі» пов'язаний з наявністю вихрових струмів. Рішення - в якості сердечника трансформаторів використовувати не суцільний муздрамтеатр, а магнітну систему з числа тоненьких пластин, покритих ізолюючим лаком.

Таким чином, всіма перерахованими вище способами ми можемо значно підвищити ККД трансформатора.

Теги: Трансформатор, ККД, напруга

Схожі статті

Попередня ◈ Наступна