变压器的损耗和效率

一、变压器的损耗

1、有功功率损耗

变压器的有功功率损耗有铁损和铜损。铁损又称空载损耗，其值与铁芯材质等有关，而与负荷大小无关，是基本不变的；铜损与负荷电流平方成正比，负载电流为额定值时的铜损又称短路损耗，变压器有功损耗可用下式计算：

△P=P0+β2Pk

式中△P 为有功功率损耗，kW；P0为变压器空载损耗，kW；Pk为变压器短路损耗，kW；β为变压器负载率(负荷系数)，%。

2、无功功率损耗

变压器的无功功率损耗由两部分组成，一部分由励磁电流即空载电流造成的损耗Q0，与铁芯有关而与负荷无关；另一部分无功损耗指一、二次绕组的磁电抗损耗，其大小与负载电流的平方成正比，此损耗又称为变压器无功漏磁损耗Qk。

（1）Q0可用下式求得：

Q0=I0SN×10-2

式中Q0为变压器空载时的无功功率，kvar；I0为空载电流百分率，%；SN为变压器额定容量，kVA。

（2）Qk可用下式求得：

Qk= UKSN×10-2

式中Qk 为变压器额定负载时的无功功率，kvar；Uk为短路电压百分比，%；SN为变压器额定容量，kVA。

（3）总的无功损耗按下式计算：

△Q = Q 0+β2 Q k

式中△Q为变压器无功功率损耗，kvar；Q0为变压器空载时的无功功率，kvar；Qk 为变压器额定负载时的无功功率，kvar。

3、综合功率损耗

变压器的综合功率损耗是指变压器的有功功率损耗、无功力率损耗折算成有功损耗两者之和，可按下式计算：

△Pz=△P+KQ△Q

式中△Pz为变压器综合功率损耗，kW；△P 为有功功率损耗，kW；KQ为无功经济当量，指变压器每减少1kvar无功功率损耗，引起连接系统有功损耗下降的千瓦值；△Q为变压器无功功率损耗，kvar。

二、变压器的效率

变压器的二次侧输出功率P2与电源侧输入功率P1的比值，叫做变压器的效率，即

η=P2/P1×100%

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、变压器的负载率用β表示，β=S/SN，S为实际运行负荷，SN为额定负荷。可以证明：PCu=PFe=β2PCuN时，变压器的效率最高。

输入功率和输出功率分别为P1和P2，变压器的二次侧功率因数为cosφ2，则有：η=P2/P1×100%=(P1-PFe-PCu)/P1×100%

=[1-(PFe+PCu)/(P2+PFe+PCu)] ×100%

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

故变压器最大效率计算公式如下：

ηm==[1-2PFe/(βmSNcosφ2+2PFe)] ×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。当变压器负载率为0.3~1时，其效率均较高；当变压器负载率为0.5~0.6时，其效率最高；当负载一定时、功率围数越高，则变压器的效率也越高。