1.6 变压器的运行特性

表征变压器运行特性的指标主要有两个：一是二次绕组侧端电压的变化率ΔU%，二是变压器的效率η。ΔU%的大小表明变压器运行时二次绕组侧的电压稳定性；η表明变压器运行时的经济性。

1.变压器负载时二次绕组侧端电压的绕组变化

当变压器一次绕组侧接额定电压、二次绕组侧开路时，二次绕组侧端电压即为空载电压U20。若二次绕组侧带上负载，一次、二次电流分别通过一次、二次侧漏阻抗，产生内电压降，使变压器二次侧端电压有所变化，且随着负载的大小而变化。当变压器一次绕组侧加额定频率的额定电压，且负载功率因数一定时，二次侧端电压U2随负载电流I2的变化关系，即U2=f（I2）曲线，称为变压器的外特性，如图1.15所示。在纯电阻负载时，端电压下垂较小，如图1.15中的曲线1所示；在纯电感负载时，端电压下垂较大，如图1.15中的曲线2所示；在纯电容负载时，端电压则可能上翘，如图1.15中的曲线3所示。

变压器二次绕组侧端电压下垂或上翘的程度，可用电压变化率来表示，即当一次绕组侧接在额定频率和额定电压的电网上时，二次侧空载电压U20与在给定负载功率因数下二次绕组侧有电流时的二次绕组侧U2的算术差（U20-U2），与二次侧额定电压之比值，用ΔU%来表示，则

电压变化率ΔU%表征电网电压的稳定性，在一定程度上反映了电能的质量。ΔU%越小，说明变压器二次绕组输出的电压越稳定，因此要求变压器的ΔU%越小越好。常用的电力变压器从空载到满载，电压变化率约为3%～5%。电压变化率与变压器的参数及负载的性质有关，是变压器的主要性能指标之一。

【例1-4】 某台供电电力变压器将U1N=10000V的高压降压后对负载供电，要求该变压器在额定负载下的输出电压为U2=380V，该变压器的电压变化率ΔU%=5%，求该变压器二次侧的额定电压及变压比K。

解：由式（1-17）可得

则 U2N=400（V）

【课堂讨论】

2.变压器的效率及特性

（1）变压器的效率。变压器的输出功率P2与输入功率P1之比称为变压器的效率η，即

式中，ΔP——变压器的总损耗；

PCu——变压器的铜损耗；

PFe——变压器的铁损耗。

变压器的损耗包括铁损耗PFe和铜损耗PCu两部分。对应变压器的磁路，在铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗统称铁损耗PFe。铁损耗与一次绕组上所加的电源电压大小有关，而与负载电流的大小无关，当电源电压一定时，铁芯中的磁通基本不变，故铁损耗也就基本不变，因此铁损耗又称为不变损耗。对应变压器的电路，在绕组中的直流电阻上产生的热损耗称为铜损耗PCu。铜损耗与负载电流的平方成正比，即随负载电流的变化而变化，因此铜损耗又称为可变损耗。

变压器效率的高低反映了变压器运行的经济性，是运行性能的重要指标。由于变压器是静止的电气设备，在能量转换过程中没有机械损耗，所以它的效率较高，一般的中小型变压器效率为95%～98%，大型变压器可达到99%以上。

（2）变压器的效率特性。变压器在不同的负载电流I2时，输出功率P2及铜损耗PCu都在变化，因此变压器的效率η也随着负载电流I2的变化而变化，其变化规律通常用变压器的效率特性曲线来表示，如图1.16所示，图中，称为负载系数。

通过数学分析可知：当变压器的铁损耗等于铜损耗时，变压器的效率最高，通常变压器的最高效率位于β=0.5～0.6时。