變壓器的主要特性

變壓器的外部特性

眾所周知，次級繞組兩端的電壓 變壓器 取決於連接到該線圈的負載電流。這種依賴性稱為變壓器的外部特性。

變壓器的外部特性在恆定電源電壓下被去除，當負載發生變化時，實際上隨著負載電流的變化，次級繞組端子處的電壓，即變壓器的次級電壓也會發生變化。

這種現象的解釋是，在次級繞組的電阻上，隨著負載電阻的變化，電壓降也會發生變化，並且由於初級繞組電阻兩端的電壓降的變化，EMF次級繞組相應變化。

由於初級繞組中的 EMF 平衡方程包含矢量，因此次級繞組兩端的電壓取決於負載電流和負載的性質：它是有源的、感性的還是容性的。

負載的性質由通過負載的電流與負載兩端的電壓之間的相位角值來證明。基本上，您可以輸入一個負載係數，該係數將顯示負載電流與給定變壓器的額定電流相差多少倍：

為了準確計算變壓器的外特性，可以採用等效電路，通過改變負載電阻，可以固定次級繞組的電壓和電流。

然而，以下公式在實踐中證明是有用的，其中開路電壓和以百分比測量的“二次電壓變化”被替換併計算為開路電壓與給定負載電壓之間的算術差作為開路電壓的百分比：

確定 «二次電壓變化» 的表達式是根據變壓器等效電路的某些假設獲得的：

此處輸入短路電壓的無功分量和有功分量的值。這些電壓分量（有源和無功）通過等效電路參數找到或通過實驗找到 短路經驗.

短路經歷揭示了很多關於變壓器的信息。短路電壓是實驗短路電壓與額定初級電壓的比值。 “短路電壓”參數以百分比指定。

實驗過程中，次級繞組與變壓器短路，同時初級施加遠低於額定值的電壓，使短路電流等於額定值。這裡，電源電壓通過繞組兩端的壓降來平衡，施加的降低電壓的值被認為是負載電流等於額定值時繞組兩端的等效壓降。

對於小功率電源變壓器和電源變壓器，短路電壓值在5%～15%範圍內，功率越大的變壓器，該值越小。特定變壓器的技術文件中給出了短路電壓的準確值。

圖中顯示了根據上述公式構建的外部特性。我們可以看到圖形是線性的，這是因為由於繞組電阻相對較低，次級電壓對負載係數的依賴性不強，並且工作磁通量幾乎不依賴於負載。

該圖顯示，根據負載的性質，相位角會影響特性曲線是下降還是上升。對於有源或有源電感負載，特性會下降，而有源電容負載會增加，然後“電壓變化”公式中的第二項變為負數。

對於小功率變壓器，有源元件通常比感性元件下降更多，因此有源負載的外部特性不如有源電感負載的線性。對於功率更大的變壓器則相反，因此有源負載特性將更加嚴格。

變壓器效率

變壓器效率是輸送到負載的有用電功率與變壓器消耗的有功電功率之比：

變壓器消耗的功率是負載消耗的功率和變壓器直接損耗的功率之和。此外，有功功率與總功率的關係如下：

由於變壓器的輸出電壓通常與負載的關係較弱，因此負載係數與額定視在功率的關係如下：

以及二次迴路中負載消耗的功率：

考慮到額定負載下的損耗，可以通過負載係數表示任意大小負載的電損耗：

標稱負載損耗由短路實驗中變壓器消耗的功率非常精確地確定，磁性損耗等於變壓器空載消耗的功率。這些損耗分量在變壓器文檔中給出。因此，如果我們考慮上述事實，效率公式將採用以下形式：

該圖顯示了變壓器效率對負載的依賴性。當負載為零時，效率為零。

隨著負載係數的增加，提供給負載的功率也隨之增加，而磁損不變，效率呈線性增加，這是顯而易見的。然後是負載因子的最佳值，效率達到極限，此時獲得最大效率。

通過最佳負載係數後，效率開始逐漸下降。這是因為電損耗增加，它們與電流的平方成正比，因此與負載係數的平方成正比。大功率變壓器（功率以kVA或以上為單位）的最大效率在98%~99%之間，小功率變壓器（10VA以下）效率可達60%左右。

通常，在設計階段，他們試圖使變壓器在最佳負載係數為 0.5 至 0.7 時效率達到最大值，然後在實際負載係數為 0.5 至 1 時，效率將接近其最大值。隨著減少 功率因數（餘弦 phi） 對於連接到次級繞組的負載，輸出功率也降低，而電損耗和磁損耗保持不變，因此這種情況下的效率降低。

變壓器的最佳運行模式，即 標稱模式, 通常根據無故障運行條件和特定運行期間允許的加熱水平進行設置。這是一個極其重要的條件，以便變壓器在額定模式下運行時提供額定功率，而不會過熱。