變壓器雖然具有高效率，但在研究變壓器理論時，考慮某些損耗是至關重要的。這些損耗大致可以分為核心損耗和線圈損耗。核心損耗相對恒定，來源于磁路，其隨變壓器電流變化而變化不大。另一方面，線圈損耗，也稱為I2R損耗，受電流影響;隨著電流的變化，線圈損耗也會隨之變化。

　　核心損耗

　　核心損耗可分為兩類：渦流損耗和滯后損耗。

　　滯后損耗

　　在沒有二次電流流動的情況下，流過變壓器初級繞組的電流產生磁通，從而在二次繞組中感應出電壓。這個初級電流稱為勵磁電流，由于初級繞組的自感電動勢較大，因此相對較小。變壓器是通過磁通傳遞能量的設備，集中磁通可以提高變壓器的效率。

　　初級繞組的磁通繞在一種稱為核心的鐵或鋼材料上，以集中磁通。磁性核心材料為磁通提供了比空氣更好的通路。然而，核心并不能將所有磁通傳遞給二次線圈，一部分磁通會因滯后而損失，滯后是指材料對磁極性快速變化的抵抗能力。由于變壓器由交流電壓供電，初級線圈的磁場每秒變化60次，并非所有核心材料都能迅速改變極性，因此磁通會有所減弱。為減少滯后損耗，核心材料通常采用高硅鋼。

　　渦流損耗

　　由于交流供電電壓導致的磁場與核心材料的相對運動，核心材料中也會感應出電壓，從而導致渦流的產生。這些渦流由勵磁電流供給。渦流在核心中產生熱量，從而造成損耗。通過將核心制成多層薄鋼片(稱為層壓)來減少渦流。每層薄片相互絕緣，因此電流不能在整個核心中流動，而只能在每層薄片內部流動，從而減少整體電流流動和相關的熱量產生。

　　圖1展示了變壓器中的層壓核心如何減輕渦流造成的能量損失。變壓器繞組中的交流電流在鋼核心中產生交變磁場(以綠色箭頭表示)。由于核心具有電導性，該磁場誘發出電流環(以紅線表示)，稱為渦流。這些電流在與磁場垂直的平面中流動，并在經過核心的電阻時導致能量以熱的形式散失，從而引起功率損耗。許多變壓器采用層壓核心設計(右側)，而不是實心核心(左側)，以解決這一問題。層壓核心由多層薄鋼片疊加而成，每層都涂有非導電材料。這種構造防止渦流在層與層之間流動，將其限制在每層的厚度內。由于電流大小與封閉環面積成正比，這種配置大大減少了渦流，最小化了核心中的能量損失。

　　與變壓器核心相關的損耗是磁性損耗，并且相對恒定。滯后和渦流的影響在電流流動變化時基本保持不變，因為它們是核心設計和材料的固有特征。

　　線圈損耗

　　變壓器的工作原理與任何電路或設備相似。當電流通過時，它會產生磁場和熱量。這種熱量被稱為線圈損耗或銅損，使用公式I2R進行量化。關鍵在于線圈損耗與流過變壓器的電流成正比。為了減小這種熱損失，變壓器通常采用銅導體進行繞組，因為銅的電阻比相同尺寸的鋁導體小。新的超導材料可能被用來進一步減少發熱損失。散熱也將降低線圈的電阻，因為材料的電阻會隨著溫度的升高而增加。

　　磁通鏈接損耗

　　無論我們如何布置變壓器繞組或構造核心，初級繞組的勵磁電流都會產生某些磁通，這些磁通不會切割到繞組上。這被稱為磁通泄漏。

　　初級磁通為初級產生自感電動勢，但無法切割到繞組的所有匝數。這降低了自感電動勢并增加了初級勵磁電流。因此，應該在二次繞組中感應出更多電壓，但由于并非所有磁通都穿過二次繞組的匝數，二次電壓并未增加。初級勵磁電流的增加是浪費的，因為額外的磁通無法使用。

　　二次繞組也存在同樣的問題。當二次電流流動時，二次繞組的磁通并不能完全削弱初級磁通，這是由于二次繞組的磁通泄漏。由于對初級自感電動勢的阻力減少，流過初級的電流也無法產生足夠的磁通來保持二次電壓恒定。隨著變壓器電流的增加，這種磁通泄漏可能導致二次電壓降低。

　　二次電壓降

　　較低的二次電壓也是因二次繞組上的正常電壓降造成的。當電流在變壓器的初級或二次繞組中流動時，繞組上的電壓會有所降低。電壓降的大小取決于電流流動和導體的電阻。根據歐姆定律，電壓降是電流流動與導體電阻的乘積。

　　變壓器初級繞組的電阻相對于施加的電壓來說很小。電阻可能僅為幾分之一歐姆;如果初級供電電壓較高，初級電流較低，總體電壓降就會很小。如果二次繞組的匝數較少，二次電壓就會較低，二次電流則會較高。盡管如果使用更大的導線來承載增加的電流，二次繞組的電阻會降低，但二次繞組上的總體電壓降可能占總電壓的相當大一部分。這可能導致輸出電壓對正確負載操作來說過低。

　　例如，假設一個初級繞組在500 V下供電，電阻為0.1歐姆。相同變壓器的二次繞組感應電壓為100 V，電阻為0.02歐姆。如果初級繞組流動50安培的電流，電壓降(安培 x 歐姆)將是5 V，約占供電電壓的1%。為了實現功率輸入等于功率輸出，二次繞組的電流必須為250安培。二次繞組的電壓降將是0.02歐姆 x 250安培，或5 V，占感應電壓的5%。因此，實際的二次電壓將僅為95 V。這種二次繞組的電壓降在電流流動增加時影響更大。如果我們在沒有電流流動和最大額定電流流動時測量實際二次繞組電壓，電壓變化即為變壓器的電壓調節百分比。

　　以下是一個示例計算：變壓器的二次電壓從無負載的126 V降至滿載時的119 V。該變壓器的電壓調節百分比是多少?

　　為了補償這種二次電壓降，變壓器將在二次繞組上增加額外的匝數，以提高感應電壓。盡管變壓器的二次繞組會有一定的電壓降，但在滿額定負載電流下，變壓器仍會產生完整的二次電壓。由于額外的匝數，變壓器在無負載時的電壓將高于二次繞組滿載電流時的電壓。這在小容量變壓器中尤其明顯。

　　損耗的復雜性

　　理解和解決損耗對維持變壓器的可靠性和效率至關重要。核心損耗(由滯后和渦流導致)與線圈損耗(由電流流動引起)之間的區別突顯了設計和材料選擇的重要性，以減少發熱。磁通鏈接損耗和二次電壓降等因素進一步強調了優化變壓器性能的復雜性。通過減少這些損耗，設計工程師可以提高變壓器效率，降低能量浪費，并確保長壽命。

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