高效使用变压器：技巧与方法

1.变压器的额定值

变压器正常运行时的状态和条件称为变压器的额定工作情况。表示变压器额定工作情况的电压、电流和功率等数值，称为变压器的额定值。它标在变压器的铭牌上，也称为铭牌数据。

变压器的主要额定值有如下四项。

1）额定容量SN

变压器的额定容量是指它的额定视在功率，单位是V·A（伏·安）或kV·A（千伏·安）。对于单相变压器，SN=U2NI2N；对于三相变压器，。

2）额定电压U1N和U2N

原绕组的额定电压U1N是指原绕组应加的电源电压或输入电压，副绕组的额定电压U2N是指原绕组加上额定电压时副绕组的空载电压。在三相变压器中，额定电压U1N和U2N均为线电压。

3）额定电流I1N和I2N

变压器额定电流I1N和I2N是根据绝缘材料所允许的温度而规定的原、副绕组中允许长期通过的最大电流值。在三相变压器中，I1N和I2N均指线电流。

4）额定频率fN

我国规定工业标准频率为50Hz。

变压器的额定值取决于变压器的构造和所用的材料，使用变压器时一般不能超过其额定值。

2.变压器的外特性

变压器的外特性是指电源电压U1 为额定电压，额定频率、负载功率因数cosφ2 一定时，U2随I2 变化而变化的关系曲线，即U2=f（I2），如图1.9所示。从变压器的外特性曲线可以看出，负载变化引起的变压器副绕组电压U2 的变化程度，既与原、副绕组的漏磁阻抗有关，又与负载的大小及性质有关。对于电阻性和电感性负载来说，U2随负载电流I2 的增加而下降，其下降程度还与负载的功率因数有关，功率因数越低，U2 下降越快。对于电容性负载来说，U2 随I2 的增加反而有所增加。

图1.9　变压器的外特性曲线

为反映电压U2 随I2 变化而变化的程度，引入电压变化率ΔU，即

显然，电压变化率ΔU 越小越好，说明变压器副绕组电压越稳定。一般变压器的漏阻抗很小，故电压变化率不大，在5%左右。

3.变压器的损耗和效率

变压器的功率损耗包括铁损ΔPFe（磁滞损耗和涡流损耗）和铜损ΔPCu（线圈导线电阻的损耗），即

铁损和铜损可以用试验方法测量或计算求出，铜损与负载大小有关，是可变损耗；而铁损与负载大小无关，当外加电压和频率确定后，一般是常数。

变压器的效率是变压器输出功率与输入功率的比值，通常用百分数表示，即

式中：P1 为变压器的输入功率；P2 为变压器的输出功率。(www.xing528.com)

变压器的效率较高，大容量变压器在额定负载时的效率为98%～99%，小型变压器的效率为70%～80%。变压器的效率还与负载有关，轻载时效率很低，因此应合理选用变压器的容量，以使变压器能够处在高效率的情况下运行。

【例1.3】　有一台额定容量为50kV·A、额定电压为3300/220V 的变压器，原绕组为6000匝。试求：（1）副绕组的匝数；（2）原绕组和副绕组的额定电流；（3）当原绕组保持额定电压不变，副绕组达到额定电流，输出有功功率为39kW，功率因数cosφ2=0.8时的副绕组端电压U2。

解　（1）根据，可得

（2）根据SN=U2NI2N，可得

得

（3）由P2=U2I2cosφ2，可得

4.变压器绕组极性及连接方法

1）变压器绕组的同极性端（同名端）

当电流流入（或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两个线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。常用“·”表示。如图1.10（a）所示，A、a（或X、x）绕向一致为同名端；如图1.10（b）所示，A、x（或X、a）绕向一致为同极性端。如果能观察出绕组的绕向，则只需根据其绕向就可确定同极性端。

图1.10　变压器绕组的同极性端

对于一台已制成的变压器，如引出端未注明极性或标记脱落，或绕组经过浸漆及其他工艺处理，从外观上已看不清绕组的绕向，通常用下述两种实验方法来测定变压器的同极性端。

第一种方法称为直流法。如图1.11（a）所示，当开关S闭合的瞬间，如果电流计的指针正向偏转，则1和3是同极性端；若反向偏转，则1和4是同极性端。

第二种方法是交流法。如图1.11（b）所示，将两个绕组1—2和3—4的任意两端（如2与4）连接在一起，在其中一个绕组（如1—2）的两端加一个比较低的便于测量的交流电压。用伏特计分别测量1、3两端的电压U13和两个绕组的电压U12、U34。若U13的数值是两个绕组电压之差，即U13=U12-U34，则1和3是同极性端；若U13是两个绕组电压之和，即U13=U12+U34，则1和4是同极性端。

图1.11　用实验方法测绕组的同极性端

2）变压器绕组的连接方法

有些单相变压器具有两个相同的原绕组和几个副绕组，这样可以适应不同的电源电压和供给几个不同的输出电压，在使用这种变压器时，必须依据同极性端相连的原则正确连接，否则会损坏变压器。

例如，一台变压器的原绕组有相同的两个绕组1—2、3—4，如图1.12（a）所示。假定每个绕组的额定电压为110 V，当接到220 V 的电源上时，应把两绕组的异极性端串联，如图1.12（b）所示；当接到110V 的电源上时，应把两绕组的同极性端并联，如图1.12（c）所示。如果连接错误，例如，串联时将2、4两端连在一起，将1、3两端接电源，此时两个绕组的磁动势就互相抵消，铁芯中不产生磁通，绕组中也就没有感应电动势，绕组中将流过很大的电流，会把变压器烧毁。

图1.12　变压器绕组的正确连接

应该指出，只有额定电流相同的绕组才能串联，额定电压相同的绕组才能并联；否则，即使极性连接正确，也可能使其中某一绕组过载。