負(fù)載運行是變壓器最基本的運行狀態(tài)。變壓器負(fù)載運行是指原繞組接入電源電壓，副繞組接負(fù)載時的工作狀況。這時變壓器的副邊也有電流流通，原邊的輸入電流與空載相比相應(yīng)增大，副邊端電壓將受到負(fù)載的影響而發(fā)生變化。

一、負(fù)載運行的物理過程

1、 變壓器空載運行時，鐵芯中的主磁通僅由原繞組的空載電流I0產(chǎn)生，主磁通在原繞組的感應(yīng)電勢E1近似與外加電壓U1平衡、主磁通在副繞組的感應(yīng)電勢E2等于副邊端電壓U 2 。在U1和f保持一定時，空載電流I0恰能產(chǎn)生維持這種電勢平衡所需要的主磁通φ m 。

2、 如上圖所示，當(dāng)副繞組ax端接上負(fù)載阻抗ZL后，在電勢E2的作用下，副邊便有電流I2流過。I2也將產(chǎn)生磁勢I2N 2 ，主磁通φm以及E1和E2隨之變化，從而打破空載時的平衡狀態(tài)。因為外加電壓U1為常數(shù)，為了保持U1與-E1的平衡，抵償副邊磁勢的影響，原繞組便從電源多取得一些電流，使原邊電流由I0增為I 1 ，這時原邊磁勢I1N1除了平衡副邊磁勢I2N2外，恰好產(chǎn)生負(fù)載時所需的主通φ m 。即變壓器負(fù)載時的主磁通φm實際上是由原、副邊的合成磁勢(I1N 1 +I2N 2 )所產(chǎn)生的。此外，由原、副繞組磁勢各自產(chǎn)生的原、副繞組漏磁通φ1δ和φ 2δ ，將在各繞組中分別感應(yīng)出漏磁電勢E1δ和E 2δ 。除上述各種感應(yīng)電勢外，原、副邊電流I1和I2還將在各自繞組的電阻上引起電壓降I1r1和I 2r2 。

為了維持變壓器負(fù)載時主磁通為所需值，由副邊電流產(chǎn)生的磁勢I2N 2 ，必須被原邊增加的電流產(chǎn)生的磁勢所抵消。因此原邊磁勢I1N1應(yīng)包括兩部分，即I1N 1 =I0N 1 +(-I2N 2 )

上式說明原繞組磁勢包括兩部分，第一部分I0N1為勵磁分量，用以產(chǎn)生負(fù)載時的主磁通φ m ；第二部分-I2N2是因負(fù)載而產(chǎn)生的分量，用以抵消副繞組的磁勢對主磁通的影響。

可將上式改寫為: I1N 1 +I2N 2 =I0N1或I 1 =I 0 +(-I2N 2 /N 1 )

變壓器負(fù)載時產(chǎn)生主磁通φm的磁勢I0N1為原、副繞組磁勢的向量和，或者說I0N1是負(fù)載時原、副繞組的合成磁勢。負(fù)載時原繞組的電流I1由兩個分量組成，一個是勵磁分量I 0 ，用以產(chǎn)生鐵芯中的主磁通；另一個是負(fù)載分量-I2N 2 /N 1 ，用其所產(chǎn)生的磁勢抵消副邊磁勢對主磁通的影響。

3、 在額定負(fù)載時，空載電流I0只占原繞組電流I1的百分之幾，故上式中的I0可以略去不計，則有I 1 ≈-I2N 2 /N1

式中負(fù)號表示I1和I2的相位相反,兩個電流不能同時為正或同時為負(fù),即副繞組的磁勢是被原繞組的磁勢所平衡。若只考慮I1和I2的數(shù)值關(guān)系，則有I 1 /I 2 =N 2 /N 1 =1/k

上式表明變壓器原、副繞組的電流與原、副繞組的匝數(shù)成反比。這說明變壓器有變換電流的作用。

考慮到U 1 /U 2 ≈N 1 /N 2 =K，于是U1I 1 =U2I 2 。

如果忽略變壓器的內(nèi)部損耗，則原邊輸入功率等于副邊輸出功率。

二、負(fù)載運行的技術(shù)參數(shù)

1、電流比

在額定負(fù)載時，空載電流I0只占原繞組電流I1的百分之幾，可以略去不計，I 1 =I 0 +(-I2N 2 /N 1 )便可近似地寫為I 1 =-I2N2/N1

若只考慮I1和I2的數(shù)值關(guān)系，則有I 1 /I 2 =N 2 /N 1 =1/k

上式表明變壓器原、副繞組的電流與原、副繞組的匝數(shù)成反比。

2、阻抗電壓

短路試驗時，使短路電流為額定值而加于原繞組的電壓值U K =I1NZK稱為阻抗電壓，也稱短路電壓。阻抗電壓一般都以額定電壓的百分比表示，即

U^ ^ K =U K /U 1N ×100%或U^ ^ K =I1NZ K /U 1N ×100%

阻抗電壓中與電流同相的分量，稱為電阻電壓U kr ，與電流相差90°的分量，稱為電抗電壓U kx 。它們也都用額定電壓的百分比表示，即

U^ ^ K~~r =I1Nr K /U 1N ×100%、U^ ^ K~~x =I1Nx K /U 1N ×100%

阻抗電壓的大小標(biāo)志著額定負(fù)載時變壓器內(nèi)部壓降的大小，并反映短路電流的大小。阻抗電壓值取決于變壓器的結(jié)構(gòu)。從正常運行的角度考慮，要求變壓器的阻抗電壓應(yīng)小一些，以降低運行中輸出電壓的變動和能量的損耗；從限制短路電流的角度考慮，則希望短路阻抗大一些。但阻抗電壓過大或過小，都會增加制造成本。因此，變壓器阻抗電壓應(yīng)有一個適當(dāng)?shù)臄?shù)值。一般中小型變壓器的阻抗電壓值為4%～10.5%，大型變壓器為12.5%～17.5%。阻抗電壓的兩個分量都與變壓器容量有關(guān): Ukr隨容量增大面減小，Ukx則隨容量增大而增大。阻抗電壓中電抗電壓所占比重較大，U kr /Ukx之值，中小型變壓器在1～5的范圍內(nèi)，大型變壓器可達(dá)10～15。

3、負(fù)載損耗

當(dāng)變壓器副繞組端頭短路而流經(jīng)原繞組的短路電流為額定值時，變壓器從電源吸取的功率全部供給原、副繞組銅耗PCu和鐵芯損耗P Fe ，這一功率損耗與變壓器在額定負(fù)載狀態(tài)下的損耗相當(dāng)，故稱為負(fù)載損耗(也稱短路損耗), 用Pk表示。由于短路時外施電壓很低，鐵芯中的主磁通也很小，鐵芯損耗可以略去不計 因此可認(rèn)為負(fù)載損耗Pk等于額定負(fù)載時的銅損耗P Cu 。負(fù)載損耗為P k≈PCu =UkI1Ncosφ K =I^2^1Nrk

4、電壓調(diào)整率

負(fù)載電流變化，變壓器副邊端電壓將隨著發(fā)生變化。電壓調(diào)整率是變壓器在負(fù)載時副邊端電壓變化程度的一種度量。假定變壓器原邊接電源電壓，副邊開路時的端電壓為額定值，當(dāng)副邊接入負(fù)載后，即使原邊電壓保持不變，副邊端電壓也將不再是額定值。原邊電壓保持為額定值，負(fù)載功率因數(shù)為常數(shù)，空載和負(fù)載的副邊端電壓之差與副邊額定電壓的比值，即電壓變化的標(biāo)幺值稱為電壓調(diào)整率，用△U^ ^表示，即 △U^ ^=(U 20 -U 2 )/U2N

式中U20為副邊空載電壓；U2為某一負(fù)載時的副邊端電壓。

電壓調(diào)整率是變壓器的主要性能指標(biāo)之一。負(fù)載電流變化時副邊端電壓變化的原因，是變壓器內(nèi)部存在電阻和漏抗而引起內(nèi)部電壓降。副邊電壓的變化程度△U^*^的大小，不僅同變壓器本身的阻抗有關(guān)，而且與負(fù)載的大小和性質(zhì)有關(guān)。

5、變壓器效率

變壓器輸出有功功率P2與輸入有功功率P1的百分比稱變壓器效率，用η表示，即η=P 2 /P 1 ×100%。

變壓器輸入有功功率與輸出有功功率之差是變壓器的功率損失，即鐵耗PFe和銅耗PCu之和，所以P 1 =P 2 +P Fe +P Cu ，η=P~2~/(P~2~+P~Fe~+P~Cu~)×100%

變壓器是靜止電器，沒有機(jī)械損耗，所以效率很高，一般為90%以上，大容量變壓器可達(dá)97%左右。當(dāng)變壓器輸出功率為零時，效率也為零；當(dāng)輸出功率增大，則效率加大,當(dāng)效率達(dá)到最大值，如繼續(xù)增大變壓器輸出功率,效率就會下降。這是因為在一定電壓下，變壓器的鐵損是個常數(shù)，當(dāng)輸出功率較小時，因鐵損不隨負(fù)載變化，則變壓器效率就低。又因為變壓器的銅損與負(fù)載的電流平方成正比，當(dāng)負(fù)載電流增加到一定程度，由于銅損增加的速度更快，故輸出功率達(dá)一定值時，變壓器的效率隨負(fù)載的增加而又降低。用數(shù)學(xué)分析方法可以證明,當(dāng)銅損和鐵損相等時,變壓器的效率最高。