一、變壓器的外特性及電壓變化率

變壓器空載運行時，若一次繞組電壓U₁不變，則二次繞組電壓U₂也是不變的。變壓器加上負載之后，隨著負載電流I₂的增加，I₂在二次繞組內部的阻抗壓降也會增加，使二次繞組輸出的電壓U₂隨之發(fā)生變化。另一方面，由于一次繞組電流I₁隨U₂增加，因此I₂增加時，使一次繞組漏阻抗上的壓降也增加，一次繞組電動勢E₁和二次繞組電動勢E₂也會有所下降，這也會影響二次繞組的輸出電壓U₂。變壓器的外特性是用來描述輸出電壓U₂隨負載電流I₂的變化而變化的情況。

當一次繞組電壓U₁和負載的功率因數cosφ₂一定時，二次繞組電壓U₂與負載電流I₂的關系，稱為變壓器的外特性。它可以通過實驗求得。功率因數不同時的幾條外特性繪于圖2—17中，可以看出，當cosφ₂=1時，U₂隨I₂的增加而下降得并不多；當cosφ₂降低時，即在感性負載時，U₂隨I₂增加而下降的程度加大，這是因為滯后的無功電流對變壓器磁路中的主磁通的去磁作用更為顯著，而使E₁和E₂有所下降的緣故；但當cosφ₂為負值時，即在容性負載時，超前的無功電流有助磁作用，主磁通會有所增加，E₁和E₂亦相應加大，使得U₂會隨I₂的增加而提高。以上敘述表明，負載的功率因數對變壓器外特性的影響是很大的。

圖2－17  變壓器外特性

在圖2—17中，縱坐標用U₂／U_2N之值表示，而橫坐標用I₂／I_2N表示，使得在坐標軸上的數值都在0～1之間，或稍大于1，這樣做是為了便于不同容量和不同電壓的變壓器相互比較。

 一般情況下，變壓器的負載大多數是感性負載，因而當負載增加時，輸出電壓U₂總是下降的，其下降的程度常用電壓變化率來描述。當變壓器從空載到額定負載（I₂=I_2N）運行時，二次繞組輸出電壓的變化值ΔU與空載電壓（額定電壓）U_2N之比的百分值就稱為變壓器的電壓變化率，用ΔU％來表示。

式中，U_2N為變壓器空載時二次繞組的電壓（稱為額定電壓）；U₂為二次繞組輸出額定電流時的電壓。

電壓變化率反映了供電電壓的穩(wěn)定性，是變壓器的一個重要性能指標。ΔU％越小，說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％。

例2—4：某臺供電電力變壓器將U_1N=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％，求該變壓器二次繞組的額定電壓U_2N及變比K。

 這樣，就能理解在電力變壓器銘牌中為什么給額定線電壓為380V的負載供電時，變壓器二次繞組的額定電壓不是380V，而是400V。

二、變壓器的損耗及效率

變壓器從電源輸入的有功功率P₁和向負載輸出的有功功率P₂可分別用下式計算

P₁=U₁I₁COSφ₁

   P₂=U₂I₂COSφ₂

兩者之差為變壓器的損耗ΔP，它包括銅損耗P_Cu和鐵損耗P_Fe兩部分，即

ΔP=P_Cu +P_Fe

1．鐵損耗P_Fe

變壓器的鐵損耗包括基本鐵損耗和附加鐵損耗兩部分?；捐F損耗包括鐵心中的磁滯損耗和渦流損耗，它決定于鐵心中的磁通密度的大小、磁通交變的頻率和硅鋼片的質量等。附加損耗則包括鐵心疊片間因絕緣損傷而產生的局部渦流損耗、主磁通在變壓器鐵心以外的結構部件中引起的渦流損耗等，附加損耗約為基本損耗的15％～20％左右。

變壓器的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，鐵心中的磁通基本不變，故鐵損耗也就基本不變，因此鐵損耗又稱“不變損耗”。

2．銅損耗P_Cu

變壓器的銅損耗也分為基本銅損耗和附加銅損耗兩部分?；俱~損耗是由電流在一次、二次繞組電阻上產生的損耗，而附加銅損耗是指由漏磁通產生的集膚效應使電流在導體內分布不均勻而產生的額外損耗。附加銅損耗約占基本銅損耗的3％～20％。在變壓器中銅損耗與負載電流的平方成正比，所以銅損耗又稱為“可變損耗”

3．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

由于變壓器沒有旋轉的部件，不像電機那樣有機械損耗存在，因此變壓器的效率一般都比較高，中小型電力變壓器效率在95％以上，大型電力變壓器效率可達99％以上。

例2－5：S9－500/10低損耗三相電力變壓器額定容量500kV·A，設功率因素為1,二次電壓U_2N=400V，鐵損耗P_Fe=0.98KW，額定負載時銅損耗=P_Cu＝4.1kW，求二次額定電流I_2N及變壓器效率η。

前面已經講過降低變壓器本身的損耗，提高其效率是供電系統(tǒng)中一個極為重要的課題，世界各國都在大力研究高效節(jié)能變壓器，其主要途徑：一是采用低損耗的冷軋硅鋼片來制作鐵心，例如容量相同的兩臺電力變壓器，用熱軋硅鋼片制作鐵心的SJl—1000／10變壓器鐵損耗約為4440W。用冷軋硅鋼片制作鐵心的S7—1000／10變壓器鐵損耗僅為1700W。后者比前者每小時可減少2.7kW·h的損耗，僅此一項每年可節(jié)電23 652kW·h。由此可見，為什么我國要強制推行使用低損耗變壓器。二是減小銅損耗，如果能用超導材料來制作變壓器繞組，則可使其電阻為零，銅損耗也就不存在了。世界上許多國家正在致力于該項研究，目前已有330kV單相超導變壓器問世，其體積比普通變壓器要小70％左右，損耗可降低50％。

4．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P_Cu都在變化，因此變壓器的效率η也隨負載電流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表示，如圖2—18所示，圖中稱為負載系數。

通過數學分析可知：當變壓器的不變損耗等于可變損耗時，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之間。

圖2－18  變壓器效率曲線