变压器中的铁损和铜损

2024-09-29

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任何一种电气设备在长时间运行中都会出现损耗，电力变压器也不例外。

任何一种电气设备在长时间运行中都会出现损耗，电力变压器也不例外。在电力变压器的损耗中，主要分为铜损和铁损两部分。

铜损

定义和原则

铜在变压器中起着重要的作用，变压器绕组通常会使用铜线，其中变压器的 “铜损” 就是铜线的损耗。变压器的 “铜损” 也称为负载损耗。所谓负载损耗就是可变损耗，它是不断变化的。当变压器在负载下运行时，通过导线的电流会产生电阻，从而导致电阻损失。根据焦耳定律，这个电阻流过电流会产生焦耳热，并且电流越大，功率损耗越大。因此，电阻损耗与电流的平方成正比，与电压无关。正是因为它随电流的大小而变化，所以铜损 (负载损耗) 是可变损耗，它也是变压器运行中的主要损耗。

影响因素

电流大小: 如上所述，铜损与电流的平方成正比，因此电流大小是影响铜损的关键因素。
绕组电阻: 绕组电阻的大小直接影响铜损。电阻越高，铜损越高。线圈层数: 线圈层数越多，绕组中电流流动的路径越长，电阻也会相应增加，从而导致铜损增加。开关频率: 开关频率对变压器铜损的影响与变压器的分布参数和负载特性直接相关。在负载特性和分布参数与电感特性一起，铜损随开关频率的增加而减小; 与电容特性一起，铜损随开关频率的增加而增大。温度效应: 负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组中产生涡流损耗，以及绕组外部的金属部分的杂散损耗。

计算

有两种计算公式:
1.基于额定电流和电阻的公式:
铜损 (单位: kW) = i ² × Rc × Δ t
其中I是变压器的额定电流，Rc是铜线的电阻，Δ t是变压器的运行时间。
2.基于额定电流和总铜电阻的公式: 铜损 = i ² × R
其中I表示变压器的额定电流，R表示变压器的总铜电阻。变压器的总铜电阻R可用下式计算:

R = (R1 R2) / 2
其中，R1表示变压器的初级侧铜电阻，R2表示变压器的次级侧铜电阻。

降低铜损的方法

提高变压器绕组截面积: 降低导体电阻，从而有效降低变压器铜损。采用优质导体材料: 如铜箔或铝箔，以降低绕组电阻。减少变压器轻载运行时间: 限制变压器轻载运行的时间比例，有利于降低变压器的铜损。
铁损

定义和原则

与铜损不同，变压器的铁损与绕组、电流大小等因素无关，顾名思义，铁损与铁有关，它是由铁芯产生的。变压器铁损又称 “空载损耗”，因为它存在于变压器满载、零载状态下，是一种固定的变压器损耗。然而，在负载中，电力损耗随着电场强度的减小而减小。

分类

变压器的铁损分为磁滞损耗和涡流损耗。
磁滞损耗是根据电磁感应原理实现电压的升降和电流的变化，变压器内部的磁通在铁芯中流动，铁芯对磁通有磁阻，就像导体对电流有电阻一样，并产生热量，这被称为 “磁滞损耗”。
涡流损耗当变压器的初级绕组通电时，线圈产生的磁通在铁芯中流动，因为铁芯本身是导体，垂直于磁力线的平面会产生感应电势，这种电势在铁心的横截面上形成一个闭合回路并产生电流，就像涡流一样，因此被称为 “涡流”。由该涡流产生的损耗称为 “涡流损耗”。正是由于磁芯产生涡流，才使其成为薄片，因为它越薄，电阻越高，电流越低。

分类

变压器的铁损分为磁滞损耗和涡流损耗。
磁滞损耗变压器的工作原理是利用电磁感应原理来实现电压的上升和下降以及电流的变化，变压器内部的磁通在铁芯中流动，对磁通产生磁阻，正如导体对电流具有电阻性并产生热量一样，这种损耗被称为 “磁滞损耗”。
涡流损耗当变压器的初级绕组通电时，线圈产生的磁通在铁芯中流动，因为铁芯本身是导体，垂直于磁力线的平面会产生感应电势，这种电势在铁心的横截面上形成一个闭合回路并产生电流，就像涡流一样，因此被称为 “涡流”。由该涡流产生的损耗称为 “涡流损耗”。正是由于磁芯产生涡流，才使其成为薄片，因为它越薄，电阻越高，电流越低。