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變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,負(fù)責(zé)將電壓從一個等級轉(zhuǎn)換到另一個等級,以實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸與分配。然而,在這個能量轉(zhuǎn)換的過程中,變壓器本身也會產(chǎn)生能量損失,這些損失統(tǒng)稱為“損耗”。了解并區(qū)分這些損耗對于評估變壓器性能、進(jìn)行維護(hù)以及確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作至關(guān)重要。
變壓器的損耗主要分為兩大類:
空載損耗,顧名思義,是指變壓器在沒有連接任何負(fù)載(即二次側(cè)開路)的情況下所產(chǎn)生的能量損耗。即使變壓器只是通電而沒有輸出功率,這部分損耗依然存在。它主要發(fā)生在變壓器的鐵心中,因此也被稱為鐵損。
鐵損主要由以下兩個部分組成:
◆ 磁滯損耗:當(dāng)交流電通過變壓器線圈時,會在鐵心內(nèi)產(chǎn)生交變磁場。鐵心材料的磁性會隨著磁場的變化而反復(fù)磁化和去磁化,這個過程會導(dǎo)致內(nèi)部能量損耗,并轉(zhuǎn)化為熱量。這種損耗與鐵心材料的磁滯特性有關(guān)。
◆ 渦流損耗:變壓器鐵心中變化的磁場,會依據(jù)電磁感應(yīng)原理,在鐵心內(nèi)部感應(yīng)出環(huán)狀的電流,這些電流就像水中的漩渦,故稱為“渦流”。渦流在鐵心本身的電阻上產(chǎn)生熱量,導(dǎo)致能量損失。為了有效降低渦流損耗,變壓器的鐵心通常會采用薄片狀的硅鋼片疊壓而成,并在片與片之間涂覆絕緣材料,以增加渦流的電阻路徑。
鐵損的大小主要取決于變壓器鐵心的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及施加電壓的頻率和大小,與變壓器所承受的負(fù)載大小無關(guān)。
負(fù)載損耗是指變壓器在帶有負(fù)載運(yùn)行時,電流流經(jīng)變壓器繞組(線圈)所產(chǎn)生的能量損耗。由于變壓器的繞組大多采用銅線制成,因此這部分損耗通常被稱為銅損。
銅損的主要來源是繞組的電阻:
◆ 當(dāng)電流通過變壓器一次側(cè)和二次側(cè)繞組的電阻時,會根據(jù)焦耳定律 (P=I2R),產(chǎn)生熱量。這意味著流過繞組的電流越大,銅損就越大。
◆ 因此,變壓器所承受的負(fù)載越重,流經(jīng)繞組的電流就越大,其銅損也就越高。在變壓器達(dá)到額定負(fù)載時,銅損會達(dá)到最大值。