1.6 變壓器的運(yùn)行特性

表征變壓器運(yùn)行特性的指標(biāo)主要有兩個(gè)：一是二次繞組側(cè)端電壓的變化率ΔU%，二是變壓器的效率η。ΔU%的大小表明變壓器運(yùn)行時(shí)二次繞組側(cè)的電壓穩(wěn)定性；η表明變壓器運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

1.變壓器負(fù)載時(shí)二次繞組側(cè)端電壓的繞組變化

當(dāng)變壓器一次繞組側(cè)接額定電壓、二次繞組側(cè)開(kāi)路時(shí)，二次繞組側(cè)端電壓即為空載電壓U20。若二次繞組側(cè)帶上負(fù)載，一次、二次電流分別通過(guò)一次、二次側(cè)漏阻抗，產(chǎn)生內(nèi)電壓降，使變壓器二次側(cè)端電壓有所變化，且隨著負(fù)載的大小而變化。當(dāng)變壓器一次繞組側(cè)加額定頻率的額定電壓，且負(fù)載功率因數(shù)一定時(shí)，二次側(cè)端電壓U2隨負(fù)載電流I2的變化關(guān)系，即U2=f（I2）曲線，稱為變壓器的外特性，如圖1.15所示。在純電阻負(fù)載時(shí)，端電壓下垂較小，如圖1.15中的曲線1所示；在純電感負(fù)載時(shí)，端電壓下垂較大，如圖1.15中的曲線2所示；在純電容負(fù)載時(shí)，端電壓則可能上翹，如圖1.15中的曲線3所示。

變壓器二次繞組側(cè)端電壓下垂或上翹的程度，可用電壓變化率來(lái)表示，即當(dāng)一次繞組側(cè)接在額定頻率和額定電壓的電網(wǎng)上時(shí)，二次側(cè)空載電壓U20與在給定負(fù)載功率因數(shù)下二次繞組側(cè)有電流時(shí)的二次繞組側(cè)U2的算術(shù)差（U20-U2），與二次側(cè)額定電壓之比值，用ΔU%來(lái)表示，則

電壓變化率ΔU%表征電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，在一定程度上反映了電能的質(zhì)量。ΔU%越小，說(shuō)明變壓器二次繞組輸出的電壓越穩(wěn)定，因此要求變壓器的ΔU%越小越好。常用的電力變壓器從空載到滿載，電壓變化率約為3%～5%。電壓變化率與變壓器的參數(shù)及負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)，是變壓器的主要性能指標(biāo)之一。

【例1-4】 某臺(tái)供電電力變壓器將U1N=10000V的高壓降壓后對(duì)負(fù)載供電，要求該變壓器在額定負(fù)載下的輸出電壓為U2=380V，該變壓器的電壓變化率ΔU%=5%，求該變壓器二次側(cè)的額定電壓及變壓比K。

解：由式（1-17）可得

則 U2N=400（V）

【課堂討論】

2.變壓器的效率及特性

（1）變壓器的效率。變壓器的輸出功率P2與輸入功率P1之比稱為變壓器的效率η，即

式中，ΔP——變壓器的總損耗；

PCu——變壓器的銅損耗；

PFe——變壓器的鐵損耗。

變壓器的損耗包括鐵損耗PFe和銅損耗PCu兩部分。對(duì)應(yīng)變壓器的磁路，在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗統(tǒng)稱鐵損耗PFe。鐵損耗與一次繞組上所加的電源電壓大小有關(guān)，而與負(fù)載電流的大小無(wú)關(guān)，當(dāng)電源電壓一定時(shí)，鐵芯中的磁通基本不變，故鐵損耗也就基本不變，因此鐵損耗又稱為不變損耗。對(duì)應(yīng)變壓器的電路，在繞組中的直流電阻上產(chǎn)生的熱損耗稱為銅損耗PCu。銅損耗與負(fù)載電流的平方成正比，即隨負(fù)載電流的變化而變化，因此銅損耗又稱為可變損耗。

變壓器效率的高低反映了變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，是運(yùn)行性能的重要指標(biāo)。由于變壓器是靜止的電氣設(shè)備，在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械損耗，所以它的效率較高，一般的中小型變壓器效率為95%～98%，大型變壓器可達(dá)到99%以上。

（2）變壓器的效率特性。變壓器在不同的負(fù)載電流I2時(shí)，輸出功率P2及銅損耗PCu都在變化，因此變壓器的效率η也隨著負(fù)載電流I2的變化而變化，其變化規(guī)律通常用變壓器的效率特性曲線來(lái)表示，如圖1.16所示，圖中，稱為負(fù)載系數(shù)。

通過(guò)數(shù)學(xué)分析可知：當(dāng)變壓器的鐵損耗等于銅損耗時(shí)，變壓器的效率最高，通常變壓器的最高效率位于β=0.5～0.6時(shí)。