变压器效率特性分析

变压器在能量传递过程中不可避免地会产生能量损耗,变压器的效率特性是指变压器的输出有功功率P₂与输入的有功功率P₁之比,即

变压器负载运行时,存在铁损耗P_Fe(不变损耗)和铜损耗P_Cu(可变损耗)。

铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗分为磁滞损耗和涡流损耗。附加铁损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁损耗与外加电压大小有关,而与负载大小基本无关,故也称为不变损耗。

铜损耗分为基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是指电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗;附加铜损耗包括因趋肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜损耗大小与负载电流二次方成正比,故也称为可变损耗。

据能量守恒定律上式可写成

效率大小反映了变压器运行的经济性能的好坏,是表征变压器运行性能的重要指标之一。(www.xing528.com)

效率特性:在功率因数一定时,变压器的效率与负载电流之间的关系_η=f(I₂),称为变压器的效率特性,如图3-23所示。β=I₂/I_2N称为负载系数。

图3-23 变压器的效率特性

特性分析:

(1)空载时输出功率为零,所以η=0。

(2)负载较小时,损耗相对较大,效率η较低。

(3)负载增加,效率η亦随之增加。超过某一负载时,因铜损耗与负载电流的平方成正比增大,效率_η反而降低,最大效率η不一定出现在额定负载处,最高效率η_max出现在变压器的不变损耗等于可变损耗时。在一般电力变压器中,当负载为额定负载的50%~70%(β=0.5~0.7)时,效率达到最大值。由于变压器不像电动机那样有机械损耗,也没有旋转的部件,功率损耗很小,所以效率很高,通常在90%以上。