變壓器的損耗有哪些？

電力變壓器的損耗主要包括銅損和鐵損。這是因為任何電氣設備在長期運作過程中都會產生損耗，電力變壓器也不例外。

什麼是鐵損傷？

與銅損不同，變壓器的鐵損不受繞組和電流大小等因素的影響。顧名思義，鐵損與鐵密切相關，是由鐵芯產生的。變壓器的鐵損也稱為“空載損耗”，因為無論變壓器滿載或空載，鐵損始終存在，屬於變壓器的固定損耗。然而，在負載運轉時，隨著電場強度的降低，功率損耗也會降低。

變壓器鐵損分類

變壓器的鐵損分為磁滯損耗和渦流損耗。

滯後損失

變壓器的工作原理是基於電磁感應原理來實現電壓的升降和電流的變化。變壓器中的磁通量流經鐵芯。鐵芯對磁通量具有磁阻，就像導體對電流有電阻一樣。同樣，也會產生熱量，這種損耗稱為「磁滯損耗」。

渦流損失

當電流施加到變壓器的初級繞組時，線圈產生的磁通量會在鐵芯中流動。由於鐵芯本身就是導體，因此會在垂直於磁力線的平面上感應出電位。此電位會在鐵芯的橫截面上形成一個閉合迴路，進而產生電流。這種電流就像旋轉的渦流，因此得名「渦流」。渦流引起的損耗稱為「渦流損耗」。正是由於鐵芯會產生渦流，所以才將其製成薄片狀。因為鐵芯越薄，電阻越大，電流越小。

影響變壓器鐵損的因素

• 工作電壓和頻率：鐵損與變壓器的工作電壓和頻率有關，因為這些因素會影響鐵芯中的磁場強度和磁滯現象。
• 鐵芯材質：鐵芯材質的磁滯特性會影響鐵損的大小。如果鐵芯材料選擇不當，磁滯損耗就會增加。
• 製造流程：變壓器的製造流程也會對鐵損產生一定影響。例如，鐵芯疊片方式、絕緣處理等都會影響鐵損的大小。

如何降低變壓器鐵損？

• 選擇優質鐵芯材料：選擇磁滯損耗小的鐵芯材料可以降低變壓器的鐵損。
• 優化製造流程：透過改進鐵芯疊片方法、絕緣處理和其他製造流程來降低鐵損。
• 合理的設計：在變壓器設計階段，透過優化結構設計和參數選擇來降低鐵損。

銅損耗

銅在變壓器中扮演著重要的角色。變壓器的繞組通常使用銅線。變壓器中的「銅損」是指銅線所引起的損耗。變壓器的“銅損”也稱為負載損耗。所謂的負載損耗是可變損耗，會隨負載變化。

銅損（負載損耗）隨電流變化而變化，是一種可變損耗，也是變壓器運轉中的主要損耗。

影響變壓器銅損的因素

• 電流大小：如上所述，銅損與電流的平方成正比，因此電流大小是影響銅損的關鍵因素。
• 繞組電阻：繞組電阻直接影響銅損。電阻越大，銅損越高。
• 線圈層數：線圈層數越多，電流在繞組中的流動路徑就越長，電阻也會相應增加，導致銅損增加。
• 開關頻率：開關頻率對變壓器銅損的影響與變壓器的配電參數和負載特性直接相關。當負載特性和配電參數為感性時，銅損耗隨開關頻率的增加而降低；當負載特性和配電參數為容性時，銅損耗隨開關頻率的增加而增加。
• 溫度影響：變壓器的負載損耗也受其溫度的影響。同時，負載電流引起的漏磁會在繞組中產生渦流損耗，並在繞組外部的金屬部件中產生雜訊損耗。

如何降低變壓器銅損？

• 增加變壓器繞組的橫截面積：降低導體電阻，從而有效降低變壓器的銅損。
• 使用優質導電材料，例如銅箔或鋁箔，以降低繞線電阻。
• 減少變壓器的輕載運轉時間：限制變壓器的輕載運轉時間比例有助於減少變壓器的銅損。