Величина электромагнитной мощности

,

здесь f – частота сети, Гц;

В - индукция магнитного поля, Т;

j_ср – средняя плотность обмоток, А/мм²;

S_см – площадь сечения стержня магнитопровода, см²;

Приведенное уравнение полученное без учета намагничивающего тока при одинаковых плотностях тока обеих обмоток, делением окна магнитопровода пополам между обмотками.

Из приведенного выражения следует, что при прочих неизменных параметрах при увеличении частоты мощность растет пропорционально ее увеличению. При этом растут потери в магнитопроводе. Для уменьшения этих потерь при повышенных частотах применяют специальные магнитные материалы, а, если применяется трансформаторная сталь, то используются листы малой толщины.

С увеличением индукции мощность трансформатора растет, но ограничивается свойствами магнитных материалов.

Увеличение плотности тока также приводит к увеличению мощности, но при этом заметно возрастает и температура нагрева обмоток.

2. Намагничивающий ток трансформаторов малой мощности (при размерах стержня магнитопровода до 5 см) сравнительно большой по величине и для трансформаторов малых размеров может превосходить нагрузочный ток. С увеличением поперечного сечения магнитопровода доля потерь в сердечнике уменьшается, но при этом растет намагничивающий ток, что приводит к росту первичного тока, вызывающего рост потерь в обмотке. Если перегрев трансформатора окажется выше допустимого, то потребуется увеличивать его габариты. Поэтому существует некоторое оптимальное значение намагничивающего тока, которое используют в качестве одного из условий ограничения при оптимизации геометрических размеров и веса трансформаторов.

3. Падение напряжения ΔU, выраженное в относительных единицах, показывает степень изменения выходного напряжения при полном изменении тока нагрузки от нуля до номинального значения. В ряде случаев удовлетворительным является, когда ΔU < 10%, а в особо ответственных случаях требуется величина ΔU < 5% . При изменении температуры эта величина изменяется и при ее увеличении, вследствие роста активного сопротивления обмоток, возможно изменение выходного напряжения более чем на 10%, что в некоторых случаях недопустимо.

Относительное изменение напряжения определится из выражения

Уравнение состоит из двух частей: первая – определяется током холостого хода, вторая – током нагрузки.

 

Для снижения индуктивного сопротивления обмоток x₁ и x₂ уменьшают расстояние между первичной и вторичной обмотками.

При заданном первичном напряжении U₁ намагничивающий ток практически постоянен и поэтому погрешность напряжения линейно растет с увеличением тока нагрузки.

4. Температура нагрева трансформатора определяет долговечность и надежность его работы. Ее величина определяется температуростойкостью и теплостойкостью магнитных, изоляционных и проводниковых материалов. За типовую температуру перегрева принимают 50⁰С. Зависимость температуры перегрева с потерями в трансформаторе может быть представлена выражением

,

где p_с и p_м - мощности потерь в стали магнитопроводов и в обмотках катушки соответственно;

S_охл – общая поверхность охлаждения трансформатора.

Охлаждение трансформатора происходит за счет естественного конвективного теплообмена и в незначительной степени за счет контактной (с базовым узлом блока) теплопроводности.

Если известна величина удельной тепловой нагрузки p_уд, определяемой по

,

то можно произвести примерную оценку температурного режима работы маломощного трансформатора. Практика показывает, что при p_уд = 0,05 Вт/см² температура перегрева трансформатора Δt составляет величину порядка 50⁰C; при p_уд = 0,1 Вт/см² – Δt ≈ 70⁰C; при p_уд = 0,15 Вт/см² – Δt ≈ 100⁰C.

Теплоотдача трансформатора зависит не только от общей площади поверхности охлаждения трансформатора, но от формы.

5. Коэффициент полезного действия (к.п.д.) трансформатора определяется отношением полезной мощности P₂ к активной мощности, потребляемой от сети

Силовые трансформаторы в зависимости от мощности имеют к.п.д. в пределах от 0,85 до 0,95. Причем, чем больше мощность трансформатора, тем большее значение к.п.д. можно получить.

6.Вес и габариты трансформатора зависят от отдаваемой мощности, напряжения, к.п.д. и допустимой величины перегрева трансформатора. При одинаковой отдаваемой мощности вес и габариты будут меньшими у трансформатора с малыми напряжениями, большим к.п.д., большим допустимым перегревом.

Наиболее сильное влияние на габариты и вес оказывают свойства материалов (особенно, магнитных), таких как удельные потери, величина индукции, температуростойкость и др.

7. Надежность трансформаторов зависит от качества конструкции, технологии изготовления и условий эксплуатации. Многие отказы происходят за счет обрывов проводов обмоток (особенно с малым сечением проводов), коррозии или механических напряжений (при больших отрицательных температурах).

Наработка на отказ трансформаторов обычно составляет от 10⁴ до 10⁷ часов. Трансформаторы с повышенными рабочими напряжениями обычно имеют меньшие наработки на отказ.