变压器中的损耗类型 – 铁损和铜损

变压器中发生的功率损耗分为两种：

• 铁损或铁芯损耗 (P_i)
• 铜损或 I²R 损耗 (P_cu)

变压器中的损耗以热量的形式出现，这会提高温度并降低效率。

铁损或铁芯损耗 (P_i)

铁损发生在变压器的铁芯中，是由交变磁通引起的。这些损耗包括磁滞损耗 (P_h) 和涡流损耗 (P_e)，即：

$$\mathrm{P_{i}=P_{h}+P_{e}}$$

磁滞损耗和涡流损耗分别由以下公式给出：

$$\mathrm{磁滞损耗,\: P_{h} \:= \:k_{h}f_{max}^{1.6} \:1.6 V \:瓦特}$$

$$\mathrm{涡流损耗, \:P_{e} \:= \:K_{e}f^2B_{max}^{2}t^2 V \:瓦特}$$

其中：

• k_h = 磁滞系数，
• k_e = 涡流系数，
• f = 供电频率，
• B_max = 最大磁通密度，
• t = 每片叠片的厚度，以及
• V = 铁芯体积。

最大磁通密度的指数 1.6 被称为Steinmetz 系数。现在，铁损也可以写成：

$$\mathrm{P_{i}\:=\:k_{h}f_{max}^{1.6} \:1.6 V \:+\:K_{e}f^2B_{max}^{2}t^2 V}$$

我们可以看到，磁滞损耗和涡流损耗都是铁芯中最大磁通密度、供电频率和铁芯材料体积（恒定）的函数。由于变压器连接到恒频电源，因此 f 和 B_max 均为恒定值。因此，对于变压器而言，铁损或铁芯损耗在所有负载下实际上都是恒定的。变压器的铁损可以通过空载试验来确定。

为了减少磁滞损耗，铁芯应由高硅钢制成，而为了最小化涡流损耗，铁芯应使用薄叠片构成。

铜损或 I²R 损耗

铜损发生在初级和次级绕组中，是由绕组电阻引起的，可以通过短路试验来确定。

变压器中的总铜损 (P_cu) 由下式给出：

$$\mathrm{P_{cu}\:=\: 初级绕组铜损 \:+ \:次级绕组铜损}$$

$$\mathrm{⇒\:P_{cu}\:=\:I_{1}^{2}R_{1}\:+\:I_{2}^{2}R_{2}}$$

由于：

$$\mathrm{N_{1}I_{1}\:=\:N_{2}I_{2}}$$

$$\mathrm{⇒\:I_{1}\:=\:\frac{N_{2}}{N_{1}}I_{2}}$$

$$\mathrm{\therefore\:P_{cu}\:=\:(\frac{N_{2}}{N_{1}})^2I_{2}^{2}R_{1}\:+\:I_{2}^{2}R_{2}\:=\:I_2^2((\frac{N_{2}}{N_{1}})^2R_{1}+R_{2})\:=\:I_{2}^{2}R_{02}}$$

同样地：

$$\mathrm{P_{cu}\:=\:I_{1}^{2}R_{1}\:+\:I_{2}^{2}R_{2}\:=\:I_{1}^{2}R_{1}+(\frac{N_{1}}{N_{2}})^2I_{1}^{2}R_{1}\:=\:I_{1}^{2}R_{01}}$$

因此：

$$\mathrm{P_{cu}\:=\:I_{2}^{2}R_{02}\:=\:I_{1}^{2}R_{01}}$$

需要注意的几点 

• 杂散损耗 – 实际变压器具有漏抗，这会在导体、变压器油箱和其他金属部件中产生涡流，从而导致变压器损耗。这些损耗称为杂散损耗。
• 介质损耗 – 介质损耗发生在变压器的绝缘材料（变压器油或固体绝缘）中。介质损耗仅在高压变压器中才显着。

Manish Kumar Saini

更新于： 2021-08-18

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