變壓器中的損耗型別 – 鐵損和銅損

變壓器中發生的功率損耗分為兩種：

• 鐵損或鐵芯損耗 (P_i)
• 銅損或 I²R 損耗 (P_cu)

變壓器中的損耗以熱量的形式出現，這會提高溫度並降低效率。

鐵損或鐵芯損耗 (P_i)

鐵損發生在變壓器的鐵芯中，是由交變磁通引起的。這些損耗包括磁滯損耗 (P_h) 和渦流損耗 (P_e)，即：

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

磁滯損耗和渦流損耗分別由以下公式給出：

$$\mathrm{磁滯損耗,\: P_{h} \:= \:k_{h}f_{max}^{1.6} \:1.6 V \:瓦特}$$

$$\mathrm{渦流損耗, \:P_{e} \:= \:K_{e}f^2B_{max}^{2}t^2 V \:瓦特}$$

其中：

• k_h = 磁滯係數，
• k_e = 渦流係數，
• f = 供電頻率，
• B_max = 最大磁通密度，
• t = 每片疊片的厚度，以及
• V = 鐵芯體積。

最大磁通密度的指數 1.6 被稱為Steinmetz 係數。現在，鐵損也可以寫成：

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

我們可以看到，磁滯損耗和渦流損耗都是鐵芯中最大磁通密度、供電頻率和鐵芯材料體積（恆定）的函式。由於變壓器連線到恆頻電源，因此 f 和 B_max 均為恆定值。因此，對於變壓器而言，鐵損或鐵芯損耗在所有負載下實際上都是恆定的。變壓器的鐵損可以透過空載試驗來確定。

為了減少磁滯損耗，鐵芯應由高矽鋼製成，而為了最小化渦流損耗，鐵芯應使用薄疊片構成。

銅損或 I²R 損耗

銅損發生在初級和次級繞組中，是由繞組電阻引起的，可以透過短路試驗來確定。

變壓器中的總銅損 (P_cu) 由下式給出：

$$\mathrm{P_{cu}\:=\: 初級繞組銅損 \:+ \:次級繞組銅損}$$

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

由於：

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

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

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

同樣地：

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

因此：

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

需要注意的幾點 

• 雜散損耗 – 實際變壓器具有漏抗，這會在導體、變壓器油箱和其他金屬部件中產生渦流，從而導致變壓器損耗。這些損耗稱為雜散損耗。
• 介質損耗 – 介質損耗發生在變壓器的絕緣材料（變壓器油或固體絕緣）中。介質損耗僅在高壓變壓器中才顯著。

Manish Kumar Saini

更新於： 2021-08-18

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