什么是變壓器？

變壓器（Transformer）是一種利用電磁感應(yīng)原理來改變交流電壓的裝置。它主要由初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）組成。當(dāng)電源輸入一個(gè)或幾個(gè)不同的頻率的正弦交流電流時(shí)，這些正弦電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)而形成交變的電磁場(chǎng)。由于鐵芯產(chǎn)生磁通變化而產(chǎn)生渦流損耗及空載耗損，為了減少這兩種損失以及提高輸出電能的質(zhì)量，就需要對(duì)負(fù)載進(jìn)行升壓或者降壓處理。通過改變電路元件參數(shù)來控制其工作狀態(tài)的話，則稱為有源變壓器。

變壓器的主要功能包括電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離和穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，變壓器可以分為多種類型，如配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電抗器、抗干擾變壓器、防雷變壓器、箱式變電器試驗(yàn)變壓器、轉(zhuǎn)角變壓器、大電流變壓器、勵(lì)磁變壓器等。

變壓器是輸配電的基礎(chǔ)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、城市社區(qū)等領(lǐng)域。它在電力系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、通信等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，是電力傳輸和分配的重要設(shè)備。

變壓器的非理想模型

下面是變壓器的非理想模型。 Rp 為初級(jí)繞組電阻，Lp 為初級(jí)漏感，Rc 為磁芯電阻，Cp 為初級(jí)繞組內(nèi)電容，Lmag 為勵(lì)磁電感。另一方面，Cs 是次級(jí)繞組內(nèi)電容，Ls 是次級(jí)漏感，Rs 是次級(jí)繞組電阻。

漏感 (Lp) 是繞組之間不完美磁耦合的結(jié)果。它還取決于磁芯的幾何形狀和纏繞技術(shù)。漏感中存儲(chǔ)有能量，并且不會(huì)傳輸?shù)酱渭?jí)。這可能會(huì)導(dǎo)致變壓器性能問題，甚至在過多時(shí)出現(xiàn)故障。通過短路次級(jí)繞組并將電感計(jì)跨接在初級(jí)繞組上來測(cè)量漏感。

磁化電感是當(dāng)次級(jí)繞組開路時(shí)在初級(jí)繞組上測(cè)量的電感。這是造成磁芯電流的電感，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致變壓器飽和。

變壓器極性測(cè)試電路圖

變壓器極性測(cè)試是在雙繞組變壓器中，一個(gè)端子相對(duì)于另一端子為正極。變壓器的極性是指高、低壓繞組之間感應(yīng)電壓的相對(duì)方向。在實(shí)際的變壓器中，引線從繞組的端子引出。變壓器的極性是指引線從變壓器引出的方式。變壓器極性測(cè)試電路圖如下圖所示。

初級(jí)繞組端子被表示為A ~ 1 、A ~ 2 ，次級(jí)繞組端子被表示為a ~ 1 、a ~ 2 。電壓表 V ~ A連接在初級(jí)繞組上，電壓表 V ~ B連接在次級(jí)繞組上，電壓表 VC連接在初級(jí)和次級(jí)繞組之間（A ~ 1和 a ~ 1之間），如上圖所示。

自耦變壓器用于獲得可變電源。初級(jí)繞組采用單相交流電源。并記下所有電壓表的讀數(shù)。

~如果電壓表VC的讀數(shù)顯示VA和VB之和，則變壓器的連接為附加極性。如果電壓表VC的讀數(shù)顯示VA和VB相減，則變壓器的連接為減極性。

變壓器的開路測(cè)試和短路測(cè)試

1、變壓器的開路測(cè)試（空載測(cè)試）

開路測(cè)試（又稱空載測(cè)試 ）用于確定變壓器的損耗，例如鐵損（鐵損）、空載電流 (I0) 和空載等效電路參數(shù)（R0和X0 )。該測(cè)試在初級(jí)繞組或次級(jí)繞組上進(jìn)行。但大多數(shù)情況下，該試驗(yàn)是在低壓繞組上進(jìn)行的。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室中很難獲得高壓，而且通過高壓繞組的電流很小。因此，可能很難測(cè)量準(zhǔn)確的讀數(shù)。

因此，對(duì)低壓繞組進(jìn)行開路試驗(yàn)。單相變壓器開路試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)連接圖如下圖所示。

如上圖所示，初級(jí)繞組（低壓繞組）由額定電壓和頻率供電（通常由自耦變壓器單相供電）。并且次級(jí)繞組保持開路?，F(xiàn)在，在初級(jí)繞組中連接電壓表V0 、電流表I0和功率表W0。

次級(jí)繞組保持開路。因此，通過次級(jí)繞組的電流為零。并且負(fù)載未連接。因此，流經(jīng)初級(jí)繞組的電流為空載電流I0。通過初級(jí)繞組的電流由電流表測(cè)量，給出空載電流值。

給予初級(jí)繞組的電源電壓為額定電壓。因此，變壓器鐵芯產(chǎn)生的磁通是正常的。并且該通量對(duì)于所有負(fù)載條件都是相同的。變壓器中產(chǎn)生的鐵損取決于電源電壓和頻率。在本次測(cè)試中，我們給出了額定電源電壓和頻率。因此，本次測(cè)試中產(chǎn)生的鐵損或磁芯損耗對(duì)于所有負(fù)載都是相同的。

通過次級(jí)繞組的電流供給初級(jí)繞組中的鐵損和銅損。流過初級(jí)繞組的空載電流非常?。M載電流的 2% 到 5%）。因此，我們可以忽略銅損。初級(jí)電流用于磁芯損耗。

2、變壓器的短路測(cè)試（負(fù)載測(cè)試）

短路測(cè)試（又稱負(fù)載測(cè)試 ）是在高壓側(cè)進(jìn)行，低壓側(cè)短路。該測(cè)試可以在低壓側(cè)進(jìn)行，但該測(cè)試幾乎不需要額定電壓的5%至7%。在低壓側(cè)，該電壓非常小，并且有可能出現(xiàn)測(cè)量誤差。此外，在實(shí)驗(yàn)室中可以輕松獲得高壓側(cè)的降低電壓（5% 至 7%）。因此，可以方便地對(duì)高壓側(cè)進(jìn)行短路測(cè)試。

變壓器的短路測(cè)試示意圖如下圖所示。

通常，低壓繞組使用粗導(dǎo)線進(jìn)行短路。但在某些情況下，會(huì)連接電流表來測(cè)量額定負(fù)載電流。如上圖所示，高壓側(cè)連接有電流表、電壓表和功率表。這里，我們將初級(jí)繞組視為高壓繞組，將次級(jí)繞組視為低壓繞組。

高壓繞組由來自可變電源的降低的輸入電壓供電。電源電壓逐漸增加，直到滿載初級(jí)電流流過初級(jí)繞組。當(dāng)滿載電流流過初級(jí)繞組時(shí)，通過變壓器的作用，流過次級(jí)繞組的電流為滿載次級(jí)電流。

因此，連接在高壓側(cè)的電流表測(cè)量的是滿載初級(jí)電流。當(dāng)滿載電流流過初級(jí)繞組時(shí)，電壓表測(cè)量所提供的電壓。在這種情況下，供電電壓很難達(dá)到滿載電壓的 5% 到 10%。由于輸入電壓低，磁芯中產(chǎn)生的磁通非常低。磁芯損耗與磁通的平方成正比。因此，磁芯損耗非常小，可以忽略不計(jì)。

另外，流過繞組的電流是滿載電流。因此，測(cè)試時(shí)出現(xiàn)的銅損是正常的滿載銅損。瓦特表指示滿載銅損。次級(jí)繞組短路。因此，次級(jí)電壓（輸出電壓）為零。因此，整個(gè)初級(jí)電壓用于提供稱為初級(jí)側(cè)的總阻抗中的壓降。