Отопление и охлаждане на трансформатори
Процес на отопление и охлаждане на трансформатори
По време на работата на трансформаторите част от преобразуваната от тях енергия се губи, следователно полезната мощност на трансформатора, дадена на товара, е по-малка от мощността, консумирана от него от мрежата на източника на енергия. Загубата на енергия възниква както в магнитната верига на трансформатора, така и в неговите намотки. Намотките на трансформатора се нагряват от течащите през тях токове. Загубата на енергия в намотките на трансформатора P е пропорционална на квадрата на плътността на тока и теглото на телта на намотката G.
Загубите на енергия възникват в магнитната верига на трансформатора поради обръщане на намагнитването на стомана и вихрови токове. Загубите в стоманата на магнитната верига зависят от честотата, магнитната индукция, магнитните свойства на материала и дебелината на стоманените листове, от които е сглобена магнитната верига. Загуби в стомана Растежът е пропорционален на теглото на магнитната верига G и квадрата на максималната магнитна индукция B в магнитната верига.
Електромагнитните натоварвания на трансформатора (магнитна индукция и плътност на тока) не могат да се увеличават безкрайно. Магнитната индукция в магнитната верига не може да се увеличи произволно, тъй като при превишаване на известна мярка, магнетизиращият ток може да се окаже прекалено голям. Плътността на тока в проводниците на намотките също не може да се увеличава безкрайно, тъй като спадът на напрежението в съпротивлението на намотките се увеличава, намалявайки вторичното напрежение на трансформатора под товар.
В още по-голяма степен електромагнитните натоварвания са ограничени от допустимите енергийни загуби в активните материали на трансформатора, тоест в стоманата на магнитната верига и проводниците на намотките. С увеличаване на магнитната индукция, загубите в стоманата се увеличават, а с увеличаване на плътността на тока, загубите в проводниците за навиване. Енергийните загуби, освободени в трансформатора по време на неговата работа, се превръщат в топлина и го загряват. Тази топлина се излъчва от повърхността на трансформатора към околната среда.
Охлаждането на нагретите части на трансформатора се дължи на топлинно излъчване, топлопроводимост и конвекция. Топлината се отвежда в околната среда главно от свободните части на трансформатора (външната цилиндрична повърхност на намотката и повърхността на игото). За да се увеличи охлаждащата повърхност, в магнитната верига и намотките са направени вентилационни канали.
Вътрешните части на магнитната верига и намотките отдават топлината си на повърхностните части поради топлопроводимостта. Количеството топлина, излъчвана в околната среда, зависи както от охлаждащата повърхност, така и от температурната разлика между отопляемите части на трансформатора и околната среда.
Температурата на трансформатора отначало се повишава бързо (фиг. 15, а), тъй като температурната разлика между трансформатора и околната среда е малка. Следователно количеството топлина, излъчвана в околната среда, също е малко и загубата на енергия в трансформатора се изразходва главно за нагряването му.