专题六 变压器的损耗和效率（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题六 变压器的损耗和效率（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.要求学生准确区分铁损耗（磁滞、涡流）与铜损耗的本质差异，牢记两类损耗的产生机理（铁损耗由铁芯交变磁化引发，铜损耗由绕组电流热效应导致）及影响因素。

2.掌握效率的定义（输出功率与输入功率的比值）及关键术语（额定负载效率、最高效率）的内涵，为后续计算与分析奠定概念基础。

3.注重考查学生的工程思维与问题解决能力，要求能分析损耗与效率的特性规律。

4.要结合实际场景（如工厂变压器轻载低效、居民区负载波动）诊断问题原因，提出针对性优化方案（如更换低损耗设备、合理匹配容量），实现理论知识与工程实践的衔接。

二、知识点梳理

一、变压器的损耗

变压器是应用电磁感应原理,把输入的交流电压升高或降低为同频率的交流电压输出。在传输电能过程中,不可避免地要产生损耗,虽然很少,但有时还是不能忽略的。

变压器内部的损耗包括铁损和铜损两部分。

1.铁损PFe

当变压器铁心中的磁通交变时,在铁心中要产生磁滞损耗和涡流损耗,这两项统称为铁损在变压器空载试验中,由于空载电流I0和一次绕组电阻r1都比较小,变压器空载时,绕组电阻上损耗的能量很小,变压器的空载损耗基本上等于变压器的铁损。当电源电压一定时,铁损基本上是恒定的。因此,铁损亦称不变损耗,它与负载电流的大小和性质无关,即  

PFe=P0=常数

2.铜损Pca

变压器一次、二次绕组中都有一定的电丑,当电流流过绕组时,就要产生热量,消耗电能,这就是铜损。由于

电阻上的功率损耗与电流的平方成正比,变压器的铜损取决于负载电流的大小和绕组的电阻值。

在某一负载下变压器的铜损等于变压器负载系数的平方与其额定铜损的乘积。

二、变压器的效率

1.变压器的效率及其实用公式

变压器在传输电能时,存在两种基本损耗:铜损和铁损。变压器输入有功功率P1与输出有功功率P2之差就是变压器本身的功率损耗。将变压器的输出功率P2与输入功率P1的比值定义为变压器的效率,用符号η表示,即

变压器效率高低反映了变压器运行的经济性,是运行性能的重要指标。由于变压器是一种静止的电气设备,在能量传输过程中没有机械损耗,它的效率很高。一般中小型变压器效率可达95%~98%,大型变压器效率可达 99%以上。因为变压器效率很高,用直接负载法测量输出功率和输人功率来确定效率很难得到准确的结果,一般用间接法计算变压器的效率,因为

2.变压器的效率特性曲线

对于一个实际的变巨器PFe和PcaN是一定的。由空载试验和短路试验都可以测出来。当负载的功率因数一定时,效率η只与负载系数β有关。

变压器的效率与负载系数B的关系,即η=f(β)曲线,称为变压器的效率曲线,如图1-25 所示。它表明了变压器的效率η与负载电流I0大小的关系。

从这条曲线可以看出,变压器的效率有一个最大值ηm用数学分析的方法可以证明:当变压器的铜损Pca等于铁损PFe时,变压器的效率最高。因此,可得到变压器效率最高时的条件

一般电力变压器最大效率发生在βm=0.5~0.6范围内。这时铁损与短路损耗(额定铜损)之比为1/4~1/3。

世界上很多国家正在致力于超导材料的研究,目前已有 330 kV·A单相超导绕组变压器问世,其体积比普通变压器小 70%,损耗可降低 50%～80%。

三、真题练讲

1.（2019年河北省统一考试）下列关于变压器铜损耗的说法，正确的是（  ）

A. 与负载功率因数成正比

B. 与负载电流平方成正比

C. 与铁芯磁密成正比

D. 与电源频率成正比

答案：B

解析：铜损耗由绕组电流热效应产生，遵循焦耳定律（P=I²R），故与电流平方成正比；A、C、D 均与铁损耗相关。

2.（2023年吉林省统一考试）变压器一次侧电压降低 10%（频率不变），其铁损耗会（  ）

A. 降低 10%

B. 降低 19%

C. 降低 21%

D. 不变

答案：B

解析：铁损耗与电压平方成正比，电压为原来的 0.9 倍，铁损耗为原来的 0.9²=0.81 倍，降低 1-0.81=0.19（19%）。

3.（2021年河北省统一考试）变压器的铁损耗在（  ）工况下基本恒定

A. 任意负载

B. 额定电压

C. 任意电压

D. 空载

答案：B

解析：额定电压下，铁芯磁密恒定，铁损耗基本不变；电压变化时，铁损耗随电压平方变化，与负载无关。

4.（2021年河南省统一考试）下列损耗中，属于可变损耗的是（  ）

A. 磁滞损耗

B. 涡流损耗

C. 铜损耗

D. 铁芯损耗