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变压器负载特性变压器是电力传输和配电系统中常见的电力设备，用于改变交流电压的大小。
在实际应用中，变压器的负载特性对其运行和性能起着重要的影响。
本文将对变压器负载特性进行探讨，包括负载类型、负载对变压器的影响以及变压器的响应特性。
一、负载类型在电力系统中，变压器的负载可以分为阻性负载、感性负载和容性负载三种类型。
1. 阻性负载：阻性负载指电阻负载，其特点是电流与电压同相位。
阻性负载会使得变压器输出电流和输入电流同相位，其负载功率因数为1。
在实际应用中，阻性负载主要来自于电炉、电加热器等。
2. 感性负载：感性负载指电感负载，其特点是电流滞后于电压，相位滞后90度。
感性负载会引起变压器的感应电流，使得变压器输出电流和输入电流存在相位差，其负载功率因数为lagging。
感性负载主要来自于电动机、变压器的励磁等。
3. 容性负载：容性负载指电容负载，其特点是电流超前于电压，相位超前90度。
容性负载会引起变压器的感应电流，使得变压器输出电流和输入电流存在相位差，其负载功率因数为leading。
容性负载主要来自于电容器、电子设备等。
二、负载对变压器的影响不同种类的负载对变压器的性能和运行状态都会产生不同的影响。
1. 负载功率因数：负载功率因数是衡量负载对变压器的影响程度的重要指标。
负载功率因数为1时，变压器的负载为阻性负载，此时变压器输出电流和输入电流同相位；负载功率因数lagging时，变压器的负载为感性负载，此时变压器输出电流滞后于输入电流；负载功率因数leading时，变压器的负载为容性负载，此时变压器输出电流超前于输入电流。
负载功率因数的不同会影响变压器的功率损耗、效率和稳定性。
2. 负载电流：负载对变压器的电流需求会直接影响变压器的容量选择以及线圈的绕制规格。
过大的负载电流可能会导致变压器过载，而过小的负载电流则可能导致变压器的运行不稳定。
3. 温升：负载对变压器的温升有较大影响。
负载过大或者长时间超负荷工作会导致变压器温度升高，进而影响其绝缘性能和寿命。
一、变压器的运行特征变压器的运行特征主要有外特征与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率。
1、电压变化率1）外特性变压器一次侧接上额定电压，二次侧开路时，二次侧空载电压就等于二次侧额定电压，外特性是指一次侧加额定电压，负载功率因数cosφ2一定时，二次侧端电压随负载电流变化的关系，即U2=f (I2)。
变压器在纯电阻和感性负载时，外特性是下降的，而客性负载时可能是上翘的。
2）电压变化率负载电流变化，变压器副边端电压将随着发生变化。
电压调整率是变压器负载时副边端电压变化程度的一种程度。
假定变压器原边接电源电压，副边开路时的端电压为额定值，当副边接入负载后，即使原来电压保持不变，副边端电压不再是额定值，原边电压保持为额定值，负载功率因数为常数，空载和负载的副边端电压之差与副边额定电压的比值，即电压变化的标么值称为电压变化率，用⊿U*表示即⊿U*=(U20-U2)/U2N式中U20—副边空载电压U2—时的副边端电压由于副边空载端电压U20等于副边额定电压U2N，经过折算后，公式1可写成⊿U*=(U20-U2)/U2N=(U'2N-U'2)/U'2N=(U10-U'2)/U1N电压变化率是变压器的主要性能指标之一，负载电流变化时，副边端电压变化的原因，是变压器内部存在电阻和漏抗而引起内部电压降。
副边电压的变化程度，即⊿U*的大小，不仅同变压器本身的阻抗有关，而且与负载的大小和性能有关。
综合上述，负载为感性时，φ2角为正值，故电压变化率为正值，即负载时的副边电压恒比空载电压低；负载为容性，φ2角为负值，故电压变化率有可能为负值，亦即负载时的副边电压可能高于空载电压。
为了保证供电电压的质量，尽可能保持副边电压的稳定，这就需要进行调压。
在电力系统中调压的方法很多，例如调节发电机出口电压，用同步调相机，在负载端并联电容器等。
但采用最多、最普遍的还是变压器调压。
变压器的空载运行特性介绍一、电磁物理现象1、磁通：(1) 主磁通(Φ)----由一次绕组电流产生，同时交链一、二次绕组的磁通。
沿铁芯路径闭合，磁阻小、会饱和，由电磁转换传递功率。
(2) 一次漏磁通(Φ1σ)----由一次绕组电流产生，只交链一次绕组的磁通。
沿空气回路闭合，磁阻大、不会饱和，不传递功率。
2、其他：(1) 空载运行----运行时一次绕组加电压，二次绕组开路，输出电流为零。
(2) 空载电流（i0）----空载运行时，一次绕组所加电流（i1=i0）。
(3) 励磁电流（im）----空载时，不输出电流，则输入电流全部用于建立磁场，故im= i0 。
(4) 电磁关系：二、正方向的规定1、目的：对交变的量，规定了正方向，才能列写电压方程。
2、应用：当求解出的电压、电流、磁势、磁通等为正值，代表实际方向同规定的正方向，为负，代表实际方向与规定的正方向相反。
3、选择：电流g磁通，右手螺旋；磁通g电势，也是右手螺旋。
三、感应电动势、电压变比1、电压平衡式：2、电势：3、变比：四、励磁电流引言：忽略电阻压降、漏电势有：，当外施电压大小、波形（正弦）一定，则磁通的大小和波形也一定，磁通Φ为“正弦基波”，产生磁通的励磁电流im(i0)如何？1、磁路饱和对励磁电流的影响(1) 当磁路未饱和时（Bm<0.8T），i0与Φ的关系曲线为线性，产生正弦波磁通，则励磁电流也按正弦变化。
(2) 当磁路饱和时（Bm>0.8T），i0与Φ的关系曲线为非线性，产生正弦波磁通，则励磁电流为对称的尖顶波变化，为便于矢量表达，取有效值相同的正弦波代之。
定义尖顶波电流（），为“磁化电流”，相位与磁通一致（同相位）。
2、磁滞现象对励磁电流的影响(1) 电流产生磁通，上升磁化曲线与下降不重合。
(2) 要产生正弦波磁通，励磁电流i0为不对称的尖顶波，可分解为一个对称尖顶波的磁化电流iμ和磁滞损耗电流ih 。
(3) 相位：，3、涡流现象对励磁电流的影响(1) 原因：交变磁通g在铁芯中感应电势g产生涡流(电流)g涡流损耗（有功损耗）。
变压器的分类及特性参数变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
它的原理可概括为电生磁，然后再磁生电。
一、变压器分类按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。
按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。
按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。
按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
二、音频变压器和高频变压器特性参数1、频率响应指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。
2、通频带如果变压器在中间频率的输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。
3、初、次级阻抗比变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。
在阻抗匹配的情况下，变压器工作在较佳状态，传输效率较高。
三、电源变压器的特性参数1、工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。
2、额定功率在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。
3、额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。
4、电压比指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。
5、空载电流变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。
空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。
对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。
1、电力变压器的工作原理及工作特点
1.1 初始磁化曲线
当电流从0逐渐增加，线圈中的磁场强度H也随之增加，这样就可以测出若干组B,H值。
以H为横坐标，B为纵坐标，画出B随H的变化曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。
当H增大到某一值后，B几乎不再变化，这时铁磁材料的磁化状态为磁饱和状态。
此时的磁感应强度Bs叫做饱和磁感应强度。
这种磁化曲线一般如下图中曲线所示：
1.2 磁滞回线
当铁磁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化场H，介质的磁化强度M（或磁感应强度B）并不沿着起始磁化曲线减小，M（或B）的变化滞后于H的变化。
这种现象叫磁滞。
在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
如下图：
1.3 基本磁化曲线
铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度（或磁场强度）的最大值有关，在画磁滞回线时，如果对磁感应强度（或磁场强度）最大值取不同的数值，就得到一系列的磁滞回线，连接这些回线顶点的曲线叫基本磁化曲线。
如下图：
B B m A B r R H e e H ' -H m O H m R ' r B ' A '
1.4 变压器
1.4.1 定义：变压器（英语：Transformer）是应用法拉第电磁感应定律而升高或降低电压的装置。
变压器通常包含两组或以上的线圈和铁心。
主要用途是升降交流电的电压、改变阻抗及分隔电路。
如下图：
1.4.2 基本原理：一个简单的单相变压器由两块导电体组成。
当其中一块导电体有一些不定量的电流(如交流电或脉冲式的直流电) 通过，便会产生变动的磁场。
根据电磁的互感原理，这变动的磁场会使第二块导电体产生电势差。
假如第二块导电体是一条闭合电路的一部份，那么该闭合电路便会产生电流。
电力于是得以传送。
在通用的变压器中，有关的导电体是由(多数为铜质的) 电线组成线圈，因为线圈所产生的磁场要比一条笔直的电线大得多。
变压器的原理是由
变化的电压加到原线圈在磁芯上产生变化的磁场，从而激发其他线圈产生变化的电动势。
原线圈、副线圈的电压VS, VP 和两者的绕线的匝数Ns, Np之间有正比的关系；
至于变压器两方之间的电流或电压比例，则取决于两方电路线圈的圈数。
圈数较多的一方电压较高但电流较小，反之亦然。
如果撇除泄漏等因素，变压器两方的电压比例相等于两方的线圈圈数比例，亦即电压与圈数成正比。
以算式表示如下：
另外，主副线圈中的电流按照线圈圈数成反比，如下式：
IsNs = IpNp
在以上两个算式中：
◆Vp是输入方的电压(Primary Voltage)；
◆Vs是输出方的电压(Secondary Voltage)；
◆Np是输入方的线圈圈数(Numbers of turns in the Primary Winding)；
◆Ns则是输出方的线圈圈数(Numbers of turns in the Secondary Winding)。
因此可以减小或者增加原线圈和副线圈的匝数比，从而升高或者降低电压，变压器的这个性质使它成为转换电压的重要设备。
另外，撇除泄漏的因素，变压器某一方(线圈) 的电压可以从以下算式求得：
E = 4.44 * N * (B * A) * f
在算式中：
◆E是流经该线圈的电压的方根均值；
◆f是电流的频率(单位为赫兹)；
◆N是线圈的圈数；
◆A是线圈内空间(铁芯) 的切面面积(单位为米^2)；
◆B是通过线圈内空间(铁芯) 的磁力(单位为韦伯/米^2)。
◆常数值4.44 是为了使算式结果对应于计算出来的单位而设。
◆根据能量守恒定律，变压器输出的功率不能超越输入它的功率。
1.4.3 运行特性：主要有外特性和效率特性。
外特性反映变压器副边端电压随负载电流而变动的规律，可以确定变压器的额定电压调整率。
效率特性表示变压器效率随负载而变化的关系，可以确定变压器的额定效率。
●外特性：当变压器一次侧加额定频率额定电压，且负载功率因数cosφ一定时，二次侧端电压U2随负载电流I的变化关系，即U2=f（I2）曲线，称为变压器的外特性。
纯电阻负载时，端电压下垂较小；纯电感负载时，端电压下垂较大；纯电容负载时，端电压却可能上翘。
如下图：
●电压调整率：变压器一次侧接额定电压，二次侧开路时的端电压就是二次
侧的额定电压。
当二次侧接入负载后，即使保持一次侧电压不变，二次侧电压也不再是额定值，而将随着负载电流和负载功率因数的改变而波动。
二次侧端电压随负载变动的程度用电压调整率表示;
它是变压器空载时和负载时的端电压之差对二次侧额定电压的标么值，也等于二次侧额定电压与负载时端电压之差对二次侧额定电压的标么值。
如将二次侧折算到一次侧，电压调整率又等于一次侧的额定电压（二次侧的额定电压折算到一次侧与一次侧额定电压大小相等）与负载时折算到一次侧的端电压之差对一次侧额定电压的标么值。
以公式表示如下：
Δu=U U U N φ2220-×100％=U U U N N φφ121'-×100％
●效率：变压器输出有功功率与输入有功功率之比称为变压器的效率，用百分数表示。
因为输入功率包括输出功率、铁损、铜损，所以效率又等于输出功率比上输出功率与铁损和铜损之和的百分数，又等于二次侧端电压与负载电流、负载功率因数的乘积，比上二次侧端电压、负载电流、功率因数之乘积与铁损、铜损之和的百分数。
以公式表示如下：
100％=
P P P ∆+22×100％=P P P P Fe Cu ++22×100％ ●效率特性：变压器在不同的负载电流I 2时，输出功率P 2及铜损耗P c u 都在变化，因此变压器的效率η也随着负载电流I 2的变化而变化，其变化规律通常用变压器的效率特性表示，如下图所示,图中β=I 2/I 2N 称为负载系数。
