變壓器的損耗和效率

一、變壓器的損耗

1、有功功率損耗

變壓器的有功功率損耗有鐵損和銅損。鐵損又稱空載損耗，其值與鐵芯材質等有關，而與負荷大小無關，是基本不變的；銅損與負荷電流平方成正比，負載電流為額定值時的銅損又稱短路損耗，變壓器有功損耗可用下式計算：

△P=P0+β2Pk

式中△P 為有功功率損耗，kW；P0為變壓器空載損耗，kW；Pk為變壓器短路損耗，kW；β為變壓器負載率(負荷系數(shù))，%。

2、無功功率損耗

變壓器的無功功率損耗由兩部分組成，一部分由勵磁電流即空載電流造成的損耗Q0，與鐵芯有關而與負荷無關；另一部分無功損耗指一、二次繞組的磁電抗損耗，其大小與負載電流的平方成正比，此損耗又稱為變壓器無功漏磁損耗Qk。

（1）Q0可用下式求得：

Q0=I0SN×10-2

式中Q0為變壓器空載時的無功功率，kvar；I0為空載電流百分率，%；SN為變壓器額定容量，kVA。

（2）Qk可用下式求得：

Qk= UKSN×10-2

式中Qk 為變壓器額定負載時的無功功率，kvar；Uk為短路電壓百分比，%；SN為變壓器額定容量，kVA。

（3）總的無功損耗按下式計算：

△Q = Q 0+β2 Q k

式中△Q為變壓器無功功率損耗，kvar；Q0為變壓器空載時的無功功率，kvar；Qk 為變壓器額定負載時的無功功率，kvar。

3、綜合功率損耗

變壓器的綜合功率損耗是指變壓器的有功功率損耗、無功力率損耗折算成有功損耗兩者之和，可按下式計算：

△Pz=△P+KQ△Q

式中△Pz為變壓器綜合功率損耗，kW；△P 為有功功率損耗，kW；KQ為無功經濟當量，指變壓器每減少1kvar無功功率損耗，引起連接系統(tǒng)有功損耗下降的千瓦值；△Q為變壓器無功功率損耗，kvar。

二、變壓器的效率

變壓器的二次側輸出功率P2與電源側輸入功率P1的比值，叫做變壓器的效率，即

η=P2/P1×100%

式中η為變壓器的效率；P1為輸入功率，P2為輸出功率。

1、空載時輸出功率為零，所以變壓器效率η=0。

2、負載較小時，鐵損相對較大，變壓器效率η較低。

3、負載增加，變壓器效率η隨之增加。但超過某一負載時，因銅耗占的比例增大，變壓器的效率η反而降低。

4、變壓器的負載率用β表示，β=S/SN，S為實際運行負荷，SN為額定負荷。可以證明：PCu=PFe=β2PCuN時，變壓器的效率最高。

輸入功率和輸出功率分別為P1和P2，變壓器的二次側功率因數(shù)為cosφ2，則有：η=P2/P1×100%=(P1-PFe-PCu)/P1×100%

=[1-(PFe+PCu)/(P2+PFe+PCu)] ×100%

=[1-(PFe+β2PCuN)/(βSNcosφ2+PFe+β2PCuN)] ×100%

故變壓器最大效率計算公式如下：

ηm==[1-2PFe/(βmSNcosφ2+2PFe)] ×100%

式中βm為變壓器的最大負荷率；SN為變壓器的功率等級；cosφ2為功率因數(shù)。

可見變壓器的效率與變壓器的最大負荷率、變壓器的功率等級和功率因數(shù)有密切關系。當變壓器負載率為0.3~1時，其效率均較高；當變壓器負載率為0.5~0.6時，其效率最高；當負載一定時、功率圍數(shù)越高，則變壓器的效率也越高。