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【TQSB系列高壓試驗(yàn)設(shè)備】變壓器在設(shè)計(jì)過程的經(jīng)典問題
變壓器設(shè)計(jì)的基本問題是磁通和電流密度。變壓器的電流與容量成正比，電流密度的大小（即導(dǎo)線的粗細(xì)）按照導(dǎo)體的發(fā)熱量來考慮。對(duì)于磁通，電磁學(xué)的基本關(guān)系式為u=4.44fwΦ，其中u為電壓；f為頻率，在這里為50Hz，定值；w為線圈的匝數(shù)；Φ是磁通量。由于硅鋼片的磁通密度B受到材料的限制，一般僅能設(shè)計(jì)到1.4-1.8特斯拉，而Φ=BS,所以，要增大Φ，一般只能增大鐵芯的截面積。變壓器的鐵芯一般為三相柱式，鐵芯的截面積按照上述公式可以確定，鐵芯窗口的大小則要考慮把線圈放進(jìn)去為原則。容量越大的變壓器，導(dǎo)線越粗，鐵芯的窗口就需要越大。
在變壓器的設(shè)計(jì)中，銅和鐵的用量可以均衡考慮。因?yàn)橐坏┳儔浩鞯娜萘看_定了，電流就確定了，導(dǎo)線的粗細(xì)也就確定了，增大匝數(shù)W，磁通Φ就可以小一些，鐵芯的截面積就可以稍小一些，但是要把這些匝數(shù)繞進(jìn)去，鐵芯的窗口要大一些；相反，減小匝數(shù)W，磁通Φ就要大一些，鐵芯的截面積要大一些，但是鐵芯的窗口可以小一些。
變壓器的容量和什么有關(guān)系呢？
從上面的問題的分析可以看出，鐵芯的選擇與電壓有關(guān)，而導(dǎo)線的選擇與電流有關(guān)，即導(dǎo)線的粗細(xì)直接與發(fā)熱量有關(guān)。也就是說，變壓器的容量只與發(fā)熱量有關(guān)。對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)好的變壓器，如果在散熱不好環(huán)境中工作，假如為1000KVA，如果增強(qiáng)散熱能力，則有可能工作在1250KVA。另外，變壓器的標(biāo)稱容量還與允許的溫升有關(guān)，例如，如果一臺(tái)1000KVA的變壓器，允許溫升為100K，如果在特殊的情況下，可以允許其工作到120K，則其容量就不止1000KVA。由此也可以看出，如果改善變壓器的散熱條件，則可以增大其標(biāo)稱容量，反過來說，對(duì)于相同容量的變頻器，可以減小變壓器柜的體積。
所以在有些投標(biāo)過程中，競(jìng)爭對(duì)手故意標(biāo)稱較大的變壓器容量，給用戶設(shè)計(jì)裕量較大的假象，實(shí)際上是沒有意義的，關(guān)鍵還要看變壓器的體積和散熱方式來區(qū)分，這一點(diǎn)也是非常重要的。
為什么電流源型變頻器需要較大的變壓器容量？
變壓器的設(shè)計(jì)一般只看額定容量，而不看額定功率，因?yàn)槠潆娏髦慌c額定容量有關(guān)。對(duì)于電壓源型變頻器，由于其輸入功率因數(shù)接近于1，所以額定容量與額定功率幾乎相等。電流源型變頻器則不然，其輸入側(cè)變壓器功率因數(shù)zui多等于負(fù)載異步電機(jī)的功率因數(shù)，所以對(duì)于相同的負(fù)載電機(jī)，其額定容量要比電壓源型變頻器的變壓器大一些。