В процессе трансформирования электрической энергии часть энергии теряется в трансформаторе на покрытие потерь. Потери в трансформаторе разделяются на электрические и магнитные.
Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток трансформаторов при прохождении по этим обмоткам электрического тока. Мощность электрических потерь 
пропорциональна квадрату тока и определяется суммой электрических потерь в первичной 
и во вторичной 
обмотках:
, (1.73)
где m – число фаз трансформатора (для однофазного трансформатора m = 1, для трехфазного m = 3).
При проектировании трансформатора величину электрических потерь определяют по (1.73), а для изготовленного трансформатора эти потери определяют опытным путем, измерив мощность к.з. при номинальных токах в обмотках 
:
, (1.74)
где 
– коэффициент нагрузки.
Электрические потери называют переменными, так как их величина зависит от нагрузки трансформатора (рис. 44).
Магнитные потери. Происходят главным образом в магнитопроводе трансформатора. Причина этих потерь – систематическое перемагничивание магнитопровода переменным магнитным полем. Это перемагничивание вызывает в магнитопроводе два вида магнитных потерь: потери от гистерезиса 
, связанные с затратой энергии на уничтожение остаточного магнетизма в ферромагнитном материале магнитопровода, и потери от вихревых токов 
, наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:
.
С целью уменьшения магнитных потерь магнитопровод трансформатора выполняют из магнитно-мягкого ферромагнитного материала – тонколистовой электротехнической стали. При этом магнитопровод делают шихтованным в виде пакетов из тонких пластин (полос), изолированных с двух сторон тонкой пленкой лака.
Магнитные потери от гистерезиса прямо пропорциональны частоте перемагничивания магнитопровода, т. е. частоте переменного тока 
, а магнитные потери от вихревых токов пропорциональны квадрату этой частоты 
. Суммарные магнитные потери принято считать пропорциональными частоте тока в степени 1,3, т. е. 
. Величина магнитных потерь зависит также и от магнитной индукции в стержнях и ярмах магнитопровода 
. При неизменном первичном напряжении 
магнитные потери постоянны, т. е. не зависят от нагрузки трансформатора (рис. 44, а).
Рис. 44. Зависимость потерь трансформатора от его нагрузки (а)
и энергетическая диаграмма (б) трансформатора
Рис. 45. График зависимости КПД трансформатора от нагрузки
При проектировании трансформатора магнитные потери определяют по значению удельных магнитных потерь 
, происходящих в 1 кг тонколистовой электротехнической стали при значениях магнитной индукции 1,0; 1,5 или 1,7 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц:
, (1.75)
где 
– фактическое значение магнитной индукции в стержне или ярме магнитопровода трансформатора, Тл; 
– магнитная индукция, соответствующая принятому значению удельных магнитных потерь, например = 1,0 или 1,5 Тл; 
– масса стержня или ярма магнитопровода, кг.
Значения удельных магнитных потерь указаны в ГОСТе на тонколистовую электротехническую сталь. Например, для стали марки 3411 толщиной 0,5 мм при = 1,5 Тл и 
= 50 Гц удельные магнитные потери 
= 2,45 Вт/кг.
Для изготовленного трансформатора магнитные потери определяют опытным путем, измерив мощность х.х. при номинальном первичном напряжении 
.
Таким образом, активная мощность 
, поступающая из сети в первичную обмотку трансформатора, частично расходуется на электрические потери в этой обмотке 
. Переменный магнитный поток вызывает в магнитопроводе трансформатора магнитные потери 
. Оставшаяся после этого мощность, называемая электромагнитной мощностью 
, передается во вторичную обмотку, где частично расходуется на электрические потери в этой обмотке . Активная мощность, поступающая в нагрузку трансформатора, 
, где 
– суммарные потери в трансформаторе. Все виды потерь, сопровождающие рабочий процесс трансформатора, показаны на энергетической диаграмме (рис. 44, б).
Коэффициент полезного действия трансформатора определяется как отношение активной мощности на выходе вторичной обмотки 
(полезная мощность) к активной мощности на входе первичной обмотки (подводимая мощность):
. (1.76)
Сумма потерь
. (1.77)
Активная мощность на выходе вторичной обмотки трехфазного трансформатора (Вт)
, (1.78)
где 
– номинальная мощность трансформатора, В·А; 
и 
– линейные значения тока, А, и напряжения В.
Учитывая, что 
, получаем выражение для расчета КПД трансформатора:
. (1.79)
Анализ выражения (1.79) показывает, что КПД трансформатора зависит как от величины 
, так и от характера 
нагрузки. Эта зависимость иллюстрируется графиками (рис. 45). Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, при которой магнитные потери равны электрическим: 
, отсюда значение коэффициента нагрузки, соответствующее максимальному КПД,
. (1.80)
Обычно КПД трансформатора имеет максимальное значение при 
= 0,45÷0,65. Подставив в (1.79) вместо значение по (1.80), получим выражение максимального КПД трансформатора:
. (1.81)
Помимо рассмотренного КПД по мощности иногда пользуются понятием КПД по энергии, который представляет собой отношение количества энергии, отданной трансформатором потребителю 
(кВт·ч) в течение года, к энергии 
, полученной им от питающей электросети за это же время:
КПД трансформатора по энергии характеризует эффективность эксплуатации трансформации.
Лекция № 9
