区分变压器损耗

磁芯损耗

铁芯损耗分为两类：涡流损耗和磁滞损耗。

磁滞损耗

当没有次级电流流动时，流过变压器初级绕组的电流会产生磁通量，从而在次级绕组中感应出电压。该初级电流称为励磁电流，由于初级绕组的 CEMF 较大，因此相当小。由于变压器是通过磁通量传输能量的设备，因此集中磁通量可提高变压器的效率。

初级绕组的磁通量缠绕在称为磁芯的铁或钢材料上，以集中磁通量。磁芯材料为磁通量提供了比露天更好的路径。磁芯不会将所有磁通量都传输到次级线圈。一些磁通量会因为磁滞而损失，磁滞是材料抵抗磁极性快速变化的趋势。由于变压器由交流电压供电，初级线圈的磁场每秒改变其极性 60 次。并非所有的磁芯材料都能快速改变极性，因此磁通量会有所减弱。磁芯材料中使用特殊的高硅钢，以限度地减少磁滞损耗。

涡流损耗

由于交流电源电压导致磁场和铁芯材料发生相对运动，铁芯材料中也会感应出电压，从而导致铁芯中产生电流。这些电流称为涡流 ，由励磁电流提供。涡流会在铁芯中产生热量，从而导致损耗。通过用许多薄钢板（称为叠片）构造铁芯，可以限度地减少涡流。各个叠片彼此绝缘，因此电流不能流过整个铁芯，而只能流过每个薄叠片。这样可以减少总电流和相关热量。

图 1 展示了变压器中的叠层铁芯如何减轻涡流造成的能量损失。变压器绕组中的交流电在钢芯内产生交变磁场（用绿色箭头表示）。由于铁芯具有导电性，该磁场会感应出电流环（用红线表示），称为涡流。这些电流在垂直于磁场的平面中流动，当通过铁芯的电阻时，会导致能量以热量的形式耗散，从而导致功率损失。许多变压器采用叠层铁芯设计（右侧）而不是实心铁芯（左侧）来解决此问题。叠层铁芯由堆叠的薄钢叠片组成，每个叠片都涂有非导电材料。这种结构可防止涡流在叠片之间交叉，将其限制在每个叠片的厚度内流动。由于电流大小与封闭环面积成正比，因此这种配置可显着减少涡流 并限度地减少铁芯中的能量损失。

图 1. 叠层变压器铁芯可减少涡流。图片由Wikimedia Commons提供

与变压器铁芯相关的损耗是磁性的，并且保持相对恒定。磁滞和涡流的影响在很大程度上不会随电流的变化而变化，因为它们是铁芯设计和材料所固有的。

线圈损耗

变压器的功能与任何电路或设备类似。当电流通过变压器时，会产生磁场和热量。这种热量称为线圈或铜损，可用公式 I 2 R 量化。关键在于线圈损耗与流过变压器的电流相关。为了减少这种热损失，变压器通常使用铜导体进行绕制，因为与同等尺寸的铝导体相比，铜导体的电阻较低。可以使用新型超导材料进一步减少热损失。散热也会降低线圈的电阻，因为材料的电阻会随着温度的升高而增加。

磁通链损耗

无论我们如何放置变压器线圈或构造铁芯，初级绕组的励磁电流都会产生一些磁通量，这些磁通量不会穿过线圈。这被称为漏磁通。

初级磁通会为初级产生 CEMF，但无法横穿绕组的所有匝。这会降低 CEMF 并增加初级励磁电流。因此，次级绕组中应产生更多电压，但由于并非所有磁通都会横穿次级绕组的匝，因此次级电压不会增加。由于无法使用额外的磁通，初级励磁电流的增加被浪费了。

次级绕组也存在同样的问题。当次级电流流动时，由于次级绕组的磁通泄漏，并非所有次级绕组磁通都能削弱初级磁通。由于对初级 CEMF 的阻力较小，因此无法通过太多的初级电流来产生保持次级电压恒定所需的磁通。随着变压器电流的增加，这种磁通泄漏会导致次级电压降低。

次级电压降

较低的次级电压也是次级绕组上正常电压降的结果。当电流流过变压器的初级或次级绕组时，线圈上的电压会有所下降。电压降的大小取决于电流和导体的电阻。根据欧姆定律，电压降是电流和导体电阻的乘积。

与施加的电压相比，变压器初级绕组的电阻很小。电阻可能只有十分之一欧姆；如果初级电源电压高，初级电流低，总电压降。如果次级绕组匝数较少，次级电压较低，次级电流会较高。虽然如果使用较大的导线来承载增加的电流，次级绕组电阻会较低，但次级线圈上的总电压降可能占总电压的足够百分比。这可能会导致输出电压太低，无法正常运行负载。

例如，假设供电电压为 500 V 的初级绕组的有效电阻为 0.1 欧姆。同一变压器的次级绕组的感应电压为 100 V，有效电阻为 0.02 欧姆。如果初级绕组中流过的电流为 50 安培，则电压降（安培 x 欧姆）将为 5 V，即电源电压的 1%。如果输入功率等于输出功率，则次级线圈中的电流必须为 250 安培。次级绕组电压降将为 0.02 欧姆 x 250 安培，即 5 V，即感应电压的 5%。因此，实际次级电压仅为 95 V。电流增加时，次级绕组中此电压降的影响会更大。如果我们在没有电流流过和额定电流流过的情况下测量实际次级绕组电压，则电压变化就是变压器的百分比电压调节。百分比电压调节=Vs(无负载)?Vs(满负载)Vs(满负载)×100以下是一个示例计算： 变压器的次级电压从无负载时的 126 V 变为满载时的 119 V。该变压器的电压调节百分比是多少？

百分比电压调节=126V?119V119V×100=0.055×100=5.5%　

为了补偿次级电压降，变压器的次级绕组上会有额外的匝数，从而增加感应电压。即使变压器的次级绕组电压有所下降，变压器仍会在满额定负载电流下产生满次级电压。由于额外的匝数，变压器电压在负载较小或无负载时会比次级绕组承载满负载电流时更高。对于小容量变压器来说尤其如此。