变压器的功率及损耗分析

一、变压器的损耗

变压器的损耗是变压器的质量指标之一，变压器的损耗包括空载损耗和负载损耗。

1、空载损耗

空载损耗又称为铁损P Fe ，它是由励磁电流在变压器铁芯中产生的交变磁通引起的。铁损PFe为恒定损耗，与变压器的负载无关。铁损又分为涡流损耗和磁滞损耗。

1）涡流损耗

涡流损耗是交变磁通在铁芯中产生的感应电流引起的热损失，其大小与铁芯材料的电阻率和铁芯厚度有关。

2）磁滞损耗

磁滞损耗是在交变磁场作用下使铁芯的磁畴周期性旋转引起的铁芯发热损耗。其大小与铁芯材料、铁芯的结构、加工工艺及加工质量等因素有关。

2、负载损耗

负载损耗又称为铜损PCu或短路损耗。它包括由电流在绕组直流电阻上产生的损耗、绕组的涡流损耗以及漏磁场在绕组和金属部件中产生的杂散损耗。铜损PCu除与绕组所用的导电材料有关外，还与绕组导线的截面积、绝缘结构、绕组绕制方式、金属部件材质性能、漏磁通的屏蔽方法等因素有关。

二、变压器的功率

1、变压器的输入功率

加在变压器一次绕组上的电压，称为输入电压，用Ul表示；一次绕组中产生的电流，称为输入电流，用I1表示；产生的功率，称为输入功率，用Pl表示。

变压器的输入功率与输入电压、输入电流成正比，用公式表示为：P 1 =U 1 ×I1

式中Ul为输入电压，单位V；I1为输入电流，单位A；P1为输入功率，单位W。

变压器的输入功率P1就是电源供给变压器的电能。输入功率P1越大，电源供给变压器的电能就多；输入功率P1越小，电源供给变压器的电能就越少。

2、变压器的输出功率

变压器在工作中，二次绕组上产生的电压称为输出电压，用U2表示；输出电压供给负载形成一定的电流，称为输出电流，用I2表示；产生的功率，称为输出功率，用P2表示。

变压器的输出功率跟输出电压、输出电流成正比。用公式表示为：P 2 =U 2 ×I2

式中U2为输出电压，单位V；I2为输出电流，单位A；P2为输出功率，单位W。

变压器的输出功率P2是指变压器能够供给负载电能的大小。选用变压器时，必须保证变压器的输出功率等于或大于负载的功率。

三、变压器的效率

在额定功率时，变压器的输出功率与输入功率的比值，叫做变压器的效率，即

η=P 2 /P 1 ×100%

式中η为变压器的效率；P1为输入功率，P2为输出功率。

1、空载时输出功率为零，所以变压器效率η=0。

2、负载较小时，铁损相对较大，变压器效率η较低。

3、负载增加，变压器效率η随之增加。但超过某一负载时，因铜耗占的比例增大，变压器的效率η反而降低。

4、变压器的负荷率用β表示，β=S/S N ，S为实际运行负荷，SN为额定负荷。可以证明：P Cu =P F~~e =β^2^PCuN时，变压器的效率最高。

输入功率和输出功率分别为P1和P 2 ，变压器的二次侧功率因数为cosφ 2 ，则有：η=P 2 /P 1 ×100%=(P~1~-P~Fe~-P~Cu~)/P~1~×100%

=[1-(P Fe +P Cu )/(P 2 +P Fe +P Cu )] ×100%

=[1-(P Fe +β^2^P CuN )/(βSNcosφ 2 +P Fe +β^2^P CuN )] ×100%

故变压器最大效率计算公式如下：

η m ==[1-2P Fe /(βmSNcosφ 2 +2P Fe )] ×100%

式中βm为变压器的最大负荷率；SN为变压器的功率等级；cosφ2为功率因数。

可见变压器的效率与变压器的最大负荷率、变压器的功率等级和功率因数有密切关系。