2.2.3　变压器的运行特性

变压器的运行特性主要有外特性和效率特性。外特性是指电源电压和负载功率因数保持不变的条件下，二次侧端电压与负载电流的关系曲线U2=f（I2）。效率特性是指上述条件下，效率与负载电流的关系曲线η=f（I2）。

标志变压器性能的主要指标有额定电压调整率和额定效率。

1.电压调整率和外特性

当变压器一次侧接额定电压、二次侧开路时，二次侧的空载电压U20就是它的额定电压U2N。负载以后，由于负载电流在变压器内部产生漏阻抗压降，使二次侧端电压发生变化。二次侧电压变化的大小，可以用Δu来表示。所谓电压调整率，就是保持一次侧电压为额定、负载功率因数为常值，从空载到负载时二次侧电压变化的百分值，即

电压调整率可以用简化等效电路求出。图2.12表示变压器的简化等效电路和感性负载时的简化相量图。为简化计算，把和的正方向规定为图2.12（a）所示，此时

在的延长线上作线段及其垂线，如图2.12（b）所示，当漏阻抗压降较小时，与间的夹角θ很小，此时一次电压U1和二次电压归算值的算术差将近似等于

其中

由于U1=U1N，所以

式中，I*为负载电流的标幺值，不计激磁电流时， 。

式（2.41）说明，电压调整率随着负载电流的增加而正比增大；此外还与负载的性质和漏阻抗值有关。当负载为感性时，φ2角为正值，故电压调整率恒为正值，即负载时的二次电压恒比空载时低；当负载为容性时，φ2角为负值，电压调整率可能成为负值，即负载时的二次电压可高于空载电压。

当负载为额定负载（I*=1）、负载功率因数为指定值（通常为0.8滞后）时的电压调整率，称为额定电压调整率，用ΔuN表示。额定电压调整率是变压器的主要性能指标之一，通常ΔuN约为5％，所以一般电力变压器的高压绕组均有±5％的抽头，以便进行电压调节。

图2.13是用标幺值表示时变压器的外特性，即，cosφ2=常值时，。

2.效率和效率特性

变压器运行时将产生损耗，变压器的损耗分为铜耗pCu和铁耗pFe两类。每一类又包括基本损耗和杂散损耗。

基本铜耗是指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗。杂散铜耗主要指漏磁场引起电流集肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗，以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。铜耗与绕组的温度有关，一般都用75℃时的电阻值来计算。

基本铁耗是变压器铁芯中的磁滞和涡流损耗。杂散铁耗包括叠片之间的局部涡流损耗和主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁耗可近似认为与或成正比。由于变压器的一次电压保持不变（U1=U1N），故铁耗可视为不变损耗。

变压器输入的有功功率P1减去内部的总损耗∑p以后，可得输出功率P2，即

P1=P2+∑p　　（2.42）

输出功率与输入功率之比即为效率η，即

考虑到

略去二次绕组的电压变化对效率的影响时，式（2.44）亦可以改写为

式中， 为归算到二次侧时变压器的短路电阻。

式（2.45）表示，效率η是负载电流I2的函数，图2.14表示负载变化时的效率曲线，即效率特性η=f（I2）。

额定负载时变压器的效率称为额定效率，用ηN表示，额定效率是变压器的另一个主要性能指标，通常电力变压器的额定效率ηN≈95％～99％。

从效率特性可见，当负载达到某一数值时，效率将达到其最大值ηmax。把式（2.45）对负载电流I2求导数，并使，可得

上式说明，发生最大效率时，变压器的铜耗恰好等于铁耗。考虑到变压器的空载损耗基本上等于铁耗，P0≈pFe；负载损耗基本上等于铜耗，，用额定电流时的负载损耗PkN表示时，，由此可知产生最大效率时：

此时负载电流的标幺值为

效率可以用直接负载法测定，但由于一般电力变压器的效率很高，达95％～99％，因此用直接负载法测量P1和P2再算出效率，很难得到准确的结果。另外，对大型变压器，也很难找到相应的大容量负载进行试验。因此，工程上常用间接法来计算效率，即测出pFe和pCu，再计算效率。不计负载时二次电压的变化时，效率为