效率与电压调整率

效率在何种负载下最大

图中水平线是与负载无关的铁损（1 kW），抛物线是随负载平方增长的铜损（额定时 4 kW）。用滑块推动负载率，两条损耗曲线上的点一起移动；在两条曲线相交的负载处立着一条金色虚线（ηmax）。为什么在这个负载下效率最高，就是本课要回答的问题。

固定损耗与可变损耗

铁损产生在并联的励磁支路中。电压和频率一定，磁通就一定；由磁通决定的磁滞损耗和涡流损耗即使负载为 0 也会产生，所以是与负载无关的固定损耗。铜损产生在串联支路的绕组电阻中，与负载电流的平方成正比，负载率为 m 时是额定铜损的 m² 倍。减小铁损可以叠用薄硅钢片切断涡流路径或采用非晶铁芯，减小铜损则用较粗的导线。

效率达到顶点的条件

效率是输出除以输出与损耗之和。负载率为 m 时，η = mScosφ / (mScosφ + Pfe + m²Pcu)。对 m 求导并令其为 0，得到 Pfe = m²Pcu，即固定损耗与可变损耗相等的条件；整理后，最大效率负载率为 m = √(Pfe / Pcu)。按图中的数值，这一点就是额定负载的一半。

电压调整率源于串联压降

负载电流流过串联阻抗时，负载侧电压比空载时低。这一变化的比率就是电压调整率，近似式为 ε ≈ p cosφ + q sinφ，其中 p 为百分比电阻压降，q 为百分比电抗压降。滞后功率因数（感性负载）时电压下降，调整率为正；超前功率因数（容性负载）时电压反而升高，调整率也可能为负。

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效率达到峰值的地方，是两条损耗曲线相交的负载。铁损是水平线，与负载无关；铜损随负载平方增长，在某个负载处与铁损相等，正是在这一点上相对于输出的损耗最小，效率最高。用负载率表示，m = √(Pfe / Pcu)，即可变损耗与固定损耗相等时的负载。配电变压器一天中大部分时间在轻载下运行，所以把铁损做得小，把这个峰值放在低于额定的负载处，以提高按全天能量计算的全日效率。另一方面，同一串联阻抗上的电压降表现为电压调整率 ε ≈ p cosφ + q sinφ。

到此完成磁路与变压器。我们用磁路欧姆定律读磁通(A1)，看其中积蓄的能量(A2)，用匝数比调换电压与电流(A3)，把非理想性收入等效电路(A4)，由损耗算出性能(A5)。下一组 B 是在同一磁路上造出旋转的直流机，从换向器把交流变直流的原理讲起。