1.6 變壓器的運行特性

表征變壓器運行特性的指標主要有兩個：一是二次繞組側端電壓的變化率ΔU%，二是變壓器的效率η。ΔU%的大小表明變壓器運行時二次繞組側的電壓穩定性；η表明變壓器運行時的經濟性。

1.變壓器負載時二次繞組側端電壓的繞組變化

當變壓器一次繞組側接額定電壓、二次繞組側開路時，二次繞組側端電壓即為空載電壓U20。若二次繞組側帶上負載，一次、二次電流分別通過一次、二次側漏阻抗，產生內電壓降，使變壓器二次側端電壓有所變化，且隨著負載的大小而變化。當變壓器一次繞組側加額定頻率的額定電壓，且負載功率因數一定時，二次側端電壓U2隨負載電流I2的變化關系，即U2=f（I2）曲線，稱為變壓器的外特性，如圖1.15所示。在純電阻負載時，端電壓下垂較小，如圖1.15中的曲線1所示；在純電感負載時，端電壓下垂較大，如圖1.15中的曲線2所示；在純電容負載時，端電壓則可能上翹，如圖1.15中的曲線3所示。

變壓器二次繞組側端電壓下垂或上翹的程度，可用電壓變化率來表示，即當一次繞組側接在額定頻率和額定電壓的電網上時，二次側空載電壓U20與在給定負載功率因數下二次繞組側有電流時的二次繞組側U2的算術差（U20-U2），與二次側額定電壓之比值，用ΔU%來表示，則

電壓變化率ΔU%表征電網電壓的穩定性，在一定程度上反映了電能的質量。ΔU%越小，說明變壓器二次繞組輸出的電壓越穩定，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及負載的性質有關，是變壓器的主要性能指標之一。

【例1-4】 某臺供電電力變壓器將U1N=10000V的高壓降壓后對負載供電，要求該變壓器在額定負載下的輸出電壓為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。對應變壓器的磁路，在鐵芯中產生的磁滯損耗和渦流損耗統稱鐵損耗PFe。鐵損耗與一次繞組上所加的電源電壓大小有關，而與負載電流的大小無關，當電源電壓一定時，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。對應變壓器的電路，在繞組中的直流電阻上產生的熱損耗稱為銅損耗PCu。銅損耗與負載電流的平方成正比，即隨負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行的經濟性，是運行性能的重要指標。由于變壓器是靜止的電氣設備，在能量轉換過程中沒有機械損耗，所以它的效率較高，一般的中小型變壓器效率為95%～98%，大型變壓器可達到99%以上。

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

通過數學分析可知：當變壓器的鐵損耗等于銅損耗時，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。