為了準(zhǔn)確討論變壓器理論，我們必須考慮與變壓器相關(guān)的一些損耗。一般來說，這些損耗可分為兩類：磁損耗或磁芯損耗和 I 2 R 損耗或線圈損耗。磁芯損耗相對(duì)恒定，這是因?yàn)榇怕凡粫?huì)隨著變壓器電流的變化而發(fā)生太大變化。電流會(huì)導(dǎo)致 I 2 R 或線圈損耗，并且由于電流發(fā)生變化，線圈損耗也會(huì)發(fā)生變化。

與變壓器鐵芯相關(guān)的所有損耗本質(zhì)上都是磁性的并且相對(duì)恒定。磁滯和渦流的影響不會(huì)因?yàn)殡娏鞯牧鲃?dòng)而發(fā)生太大變化；它們源自核心材料和設(shè)計(jì)。

變壓器 就像任何電路或設(shè)備一樣。當(dāng)電流流動(dòng)時(shí)，它總是會(huì)產(chǎn)生磁場和熱量。變壓器中電流產(chǎn)生的熱量稱為線圈或銅損耗。計(jì)算該損耗的公式與瓦數(shù)的公式相同：I 2 R。

　關(guān)于線圈損耗，需要記住的重要一點(diǎn)是，線圈損耗量與流經(jīng)變壓器的電流直接相關(guān) ，并表現(xiàn)為熱量。為了減少這種熱損失，變壓器線圈可以用銅導(dǎo)體纏繞，銅導(dǎo)體的電阻比相同尺寸的鋁導(dǎo)體小。

執(zhí)行兩項(xiàng)測試（開路和短路）以確定變壓器中的鐵損和銅損。這些損耗進(jìn)一步用于計(jì)算變壓器的效率。 

效率=輸出功率輸入功率×100=輸出功率輸出+Σ(損耗)×100<span style="color:#000000;">效</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">=</span><span style="color:#000000;">輸</span><span style="color:#000000;">出</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">輸</span><span style="color:#000000;">入</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">×</span><span style="color:#000000;">100</span><span style="color:#000000;">=</span><span style="color:#000000;">輸</span><span style="color:#000000;">出</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">輸</span><span style="color:#000000;">出</span><span style="color:#000000;">+</span><span style="color:#000000;">Σ</span><span style="color:#000000;">(</span><span style="color:#000000;">損</span><span style="color:#000000;">耗</span><span style="color:#000000;">)</span><span style="color:#000000;">×</span><span style="color:#000000;">100</span>

效率=輸出功率輸出功率+核心損耗+銅損耗×100<span style="color:#000000;">效</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">=</span><span style="color:#000000;">輸</span><span style="color:#000000;">出</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">輸</span><span style="color:#000000;">出</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">+</span><span style="color:#000000;">核</span><span style="color:#000000;">心</span><span style="color:#000000;">損</span><span style="color:#000000;">耗</span><span style="color:#000000;">+</span><span style="color:#000000;">銅</span><span style="color:#000000;">損</span><span style="color:#000000;">耗</span><span style="color:#000000;">×</span><span style="color:#000000;">100</span>

開路測試

圖1(a)所示為變壓器開路測試電路。將交流輸入電壓設(shè)置為變壓器的正常初級(jí)電平，并在電壓表上監(jiān)測開路輸出端子處的電壓，如圖所示。瓦特表測量輸入功率，電流表測量初級(jí)電流。由于次級(jí)開路，初級(jí)電流非常小，電流表和瓦特表上的電壓降可以忽略不計(jì)。此時(shí)，輸入電壓可作為變壓器的初級(jí)電壓；因此，電壓表讀數(shù)的比率給出了匝數(shù)比。

EPES=NPNS

圖1(a)。 通過測量（空載）次級(jí)電壓、初級(jí)電流以及輸入電壓和功率來執(zhí)行變壓器開路測試。圖片由 Amna Ahmad 提供

如果初級(jí)電流非常小，次級(jí)電流接近于零（即電壓表電流），則可以假定繞組中的銅損可以忽略不計(jì)。瓦特表上測得的輸入功率即為變壓器鐵芯總損耗，電流表則顯示空載初級(jí)電流 (I o )（見圖 1(b)）。根據(jù)輸入電壓、電流和功率的測量值，可以確定空載等效電路的組成部分。

圖 1(b)。 次要組件參考主要組件。圖片由 Amna Ahmad 提供

真正的力量，

P=E2PRo<br>

或者

Ro=E2PP<br>

視在功率， 

S=EPIo<br>

和

S=√(真實(shí)功率)2+(無功功率)2=√P2+Q2<br><span style="color:#000000;">=</span><span style="color:#000000;">(</span><span style="color:#000000;">真</span><span style="color:#000000;">實(shí)</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">)</span><span style="color:#000000;">2</span><span style="color:#000000;">+</span><span style="color:#000000;">(</span><span style="color:#000000;">無</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">功</span><span style="color:#000000;">率</span><span style="color:#000000;">)</span><span style="color:#000000;">2</span><span style="color:#000000;">=</span>

給予

Q=√S2?P2<br>

Q=√(EPIo)2?P2

無功功率可由下式確定：

Q=E2PXo<br>

所以

Xo=E2PQ<br>

實(shí)施例1

變壓器開路測試產(chǎn)生以下測量結(jié)果：E P = 115 V，E S = 57.5 V，P = 9.5 W，I o = 180 mA。確定變壓器匝數(shù)比以及Ro 和 X o的值。

解決方案

NSNP=ESEP=57.5V115V=12<br>

根據(jù)公式 1，

\[R_{o}=\frac{E^{2}_{P}}{P}=\frac{(115\,V)^{2}}{9.5\,W}=1.39k\Omega\ ]

根據(jù)公式 2，

Q=√(EPIo)2?P2=√(115V×180mA)2?(9.5W)2==18.39vars<br>

根據(jù)公式 3，

Xo=E2PQ=(115V)218.39vars=719Ω<br>

短路測試

變壓器 短路試驗(yàn)是在二次端子短路的情況下進(jìn)行的，如圖2(a)所示。請(qǐng)注意，初級(jí)電壓 (E P ) 是在變壓器初級(jí)端子處測量的，以避免由于電流表和瓦特表上的壓降而產(chǎn)生誤差。輸入電壓從零開始增加，直到初級(jí)電路中的電流表指示正常的滿載初級(jí)電流。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，正常的滿載次級(jí)電流在次級(jí)繞組中循環(huán)。由于次級(jí)端子短路，產(chǎn)生滿載初級(jí)和次級(jí)電流所需的輸入電壓約為正常輸入電壓水平的 3%。在如此低的輸入電壓水平下，磁芯損耗非常小，可以忽略不計(jì)。然而，繞組承載正常的滿載電流，因此輸入提供正常的滿載銅損。

圖2(a)。 為了進(jìn)行變壓器短路測試，將次級(jí)短路，并將初級(jí)電流調(diào)整至正常滿載水平。測量初級(jí)電壓和輸入功率。圖片由 Amna Ahmad 提供

輸出功率（到短路）為零，因此測量真實(shí)輸入功率的瓦特表指示滿載銅損。電流表和電壓表讀數(shù)的乘積給出了視在輸入功率。根據(jù)這些量，可以計(jì)算涉及初級(jí)的滿載等效電路的電阻和電抗分量（見圖 2(b)）。

圖2(b)。 通過忽略 Ro 和 X o 簡化了等效 變壓器電路。圖片由 Amna Ahmad 提供

真正的力量

P=I2PRe<br>

Re=PI2P<br>

視在功率，

S=EPIP<br>

無功功率，

Q=√(EPIP)2?P2<br>

無功功率可由下式確定：

Q=I2PXe<br>

所以

Xe=QI2P<br>

實(shí)施例2

 當(dāng)在短路測試中進(jìn)行以下測量時(shí)，確定示例 1 中變壓器的 Re和 X e ：E P(SC)  = 5.5 V，I P = 1 A，P = 5.25 W。

解決方案

根據(jù)公式 4，

Re=PI2P=5.25W(1A)2=5.25Ω<br>

根據(jù)公式 5，

Q=√(EPIP)2?P2=√(5.5V×1A)2?(5.25W)2=1.64var<br>

根據(jù)公式 6，

Xe=QI2P=1.64var(1A)2=1.64Ω<br>

開路和短路變壓器測試的要點(diǎn) 

變壓器的性能通過其電壓調(diào)整率和效率來描述，并且可以通過開路測試和短路測試這兩項(xiàng)測試的結(jié)果來預(yù)測。開路測試是通過測量（空載）次級(jí)電壓、初級(jí)電流以及輸入電壓和功率來完成的。為了進(jìn)行短路測試，將次級(jí)側(cè)短路，并將初級(jí)電流調(diào)整至正常滿載水平。測量初級(jí)電壓和輸入功率。