[科普中国]-铁损

简介

变压器、发电机和电动机都存在铁损。铁损是其能量损失之一，其原因是由于运行时铁芯内部产生涡流，涡流经过铁芯时，会使铁芯内部产生热能，这种热能是消耗能量的，故称为铁损。铁损包括磁性材料的磁滞损耗、涡流损耗以及剩余损耗，单位为W/kg( 瓦/千克)。2

铁损分类磁滞损耗磁滞损耗是指铁磁材料作为磁介质，在一定励磁磁场下产生的固有损耗( 在电能转换磁能过程中所产生的损耗)。2

涡流损耗涡流损耗是指磁通发生交变时，铁芯产生感应电动势进而产生感应电流，感应电流呈旋涡状，称之为涡流；感应电流在铁芯电阻上产生的损耗就是涡流损耗。2

剩余损耗剩余损耗是指除磁滞损耗和涡流损耗以外的损耗，因其所占比重较小，故可忽略不计。2

变压器的铁损变压器、发电机和电动机都存在铁损。当电源电压一定时，铁损是一个恒定值，与负载性质和电流大小无关。变压器的损耗主要分铜损和铁损。为了方便计算每台变压器的损耗，引入空载损耗和短路损耗两个概念。空载损耗是指变压器没有外接负载时，从电源中吸收的功率，其中98%以上是铁损，只有极少数部分是变压器原边绕组电阻产生的铜损。而变压器的铜损与负载性质和运行电流大小有关。3

变压器的铁损耗包括铁心的磁滞损耗（）和涡流损耗（），理论可以表明，。频率越高，磁感应强度的最大值越大，则铁损越大。在电力系统中只要保证磁通和频率不变，铁损就不变。3

铁损表铁损表是用来计量变压器的铁芯损耗，它和负荷无关，仅和变压器的铁芯大小以及材料、电网电压有关。每一台变压器在铁芯尺寸、磁性材料性能、电网电压确定的条件下，铁损的数值和电压平方成正比。其原理接线图如右图所示。可用单相电能表铁芯改制，在电压铁芯上绕两组电压线圈，里面一组是线径细而匝多的线圈N1，两端引出线接到电源电压；外面一组是线径粗而匝数少的线圈N2，把N2的两端和电流线圈N3连接封闭起来，使电流线圈N3中的电流正比于电源电压，并和电源电压差一个固定的相角差，此时转盘的转速就和电压U2成正比。铁损表的常数为转数/(伏·时)[r/(V·h)]。调节永久磁铁可以把铁损表常数调整到预定值，通过记录器计出转盘转数，可得到和被计量的变压器铁损成正比的铁损电量。4

铜损与铁损关系变压器在空载运行时，铁芯中主磁通的大小是由绕组端电压决定的。因此，当在变压器原边（或副边）加以额定电压时，铁芯中的主磁通达到了变压器额定工作时的数值，这时铁芯中的功率损耗（铁损），也达到了变压器额定工作状态下的数值，因此，变压器空载时，原边（或副边）的输入功率可以认为全部是变压器的铁损。5

在做短路试验时，一般将低压绕组短路，在高压绕组施以试验电压，使在额定分接档，原边电流达到额定值而副边电流也达到了额定值，这时变压器的铜损相当于额定负载时的铜损。因为变压器副边短路，因此，铁芯中的工作磁通比额定工作状态时要小得多，铁损可以忽略不计，这时变压器没有输出，所以，短路试验的全部输入功率，基本上都消耗在变压器原、副绕组的电阻上，这就是变压器的铜损。5