變壓器空和有載計算圖

變壓器可以在次級繞組上提供電壓，但是在輸入和輸出之間傳輸電能需要加載

在之前的變壓器教程中，我們假設變壓器是理想情況下，變壓器繞組中沒有磁芯損耗或銅損。然而，在現(xiàn)實世界的變壓器中，由于變壓器處于“負載”狀態(tài)，變壓器負載總會存在損耗。但我們的意思是：變壓器加載。

首先讓我們看一下變壓器處于這種“空載”狀態(tài)時會發(fā)生什么，即沒有電氣負載連接到其次級繞組，因此沒有二次電流流動。

當一個變壓器的二次側繞組開路時，據(jù)說它處于“空載”狀態(tài)，換句話說，什么都沒有連接，變壓器負載為零。當交流正弦電源連接到變壓器的初級繞組時，由于主電源的存在，小電流 I OPEN 將流過初級線圈繞組電壓。

在二次電路斷開的情況下，沒有任何連接，反電動勢和初級繞組電阻會限制該初級電流的流動。顯然，這個空載初級電流（ Io ）必須足以保持足夠的磁場以產(chǎn)生所需的反電動勢?？紤]下面的電路。

變壓器“空載”條件

電表上面將指出流過初級繞組的小電流，即使次級電路是開路的。該空載初級電流由以下兩個部分組成：

同相電流， I E 提供磁芯損耗（渦流和滯后）。

小電流， I M 在90 o 到設定磁通量的電壓。

請注意，與變壓器正常滿載電流相比，此空載初級電流 Io 非常小。此外，由于鐵芯中存在鐵損以及初級繞組中的少量銅損， Io 并未完全落后于電源電壓， Vp 90 o ，（cosφ= 0 ），會有一些小的相角差。

變壓器加載示例No1

單相變壓器具有2安培的能量分量 I E 和磁化分量， I M 5安培。計算空載電流 Io 和產(chǎn)生的功率因數(shù)。

變壓器“有載”

當電氣負載連接到變壓器的次級繞組并且變壓器負載因此大于零時，電流在次級繞組中流動并流出到負載。該次級電流是由感應的次級電壓引起的，該次級電壓由初級電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通量建立。

次級電流 I S 由負載的特性決定，在變壓器鐵心中產(chǎn)生一個自感應的次級磁場，Φ S ，它以完全相反的方向流動主要主要領域Φ P 。這兩個磁場彼此相對，導致磁場強度小于二次回路開路時單獨初級繞組產(chǎn)生的單磁場的組合磁場。

這種組合磁場降低了反電動勢初級繞組導致初級電流 I P 略微增加。初級電流繼續(xù)增加，直到磁芯磁場回到其原始強度，并且為了使變壓器正常工作，在初級和次級磁場之間必須始終存在平衡條件。這導致功率在初級側和次級側均衡并且相同?？紤]下面的電路。

變壓器“有載”

我們知道變壓器的匝數(shù)比表明每個繞組的總感應電壓與該繞組的匝數(shù)成正比，并且變壓器的功率輸出和功率輸入也是如此等于電壓乘以安培數(shù)（ V x I ）。因此：

但我們之前也知道變壓器的電壓比等于匝數(shù)比變壓器為：“電壓比=匝數(shù)比”。然后，變壓器中的電壓，電流和匝數(shù)之間的關系可以鏈接在一起，因此給出如下：

變壓器比率

其中：

N P / N S = V P / V S - 表示電壓比

N P / N S = I S / I P - 表示當前比率

注意電流成反比電壓和匝數(shù)。這意味著在次級繞組上加載變壓器時，為了在變壓器繞組上保持平衡的功率電平，如果電壓升高，則必須降低電流，反之亦然。換句話說，“更高的電壓 - 更低的電流”或“更低的電壓 - 更高的電流”。

由于變壓器比率是初級和次級匝數(shù)之間的關系，每個繞組的電壓，以及通過繞組的電流，我們可以重新排列上述變壓器比率方程，找出任何未知電壓的值（ V ）電流，（ I ）或數(shù)量轉動，（ N ）如圖所示。

從中抽取的總電流初級繞組的供電是空載電流的矢量和， Io 和額外的電源電流， I 1 次級變壓器負載并且滯后于電源電壓角度Φ。我們可以將此關系顯示為相量圖。

變壓器加載電流

如果我們得到電流， I S 和 Io ，我們可以計算出初級電流， I P 通過以下方法。

變壓器裝載示例No2

單相變壓器開啟1000次它的初級繞組和次級繞組上的200匝。從電源獲得的變壓器“空載”電流為3安培，功率因數(shù)為0.2滯后。計算初級繞組電流， I P 及其相應的功率因數(shù)φ當供給變壓器負載的次級電流為280安培時為0.8安培

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您可能已經(jīng)注意到，初級電流的相角φ P 與次級電流相位角φ<幾乎相同子>取值 。這是因為3安培的空載電流與初級繞組從電源吸取的較大的56安培相比非常小。

實際的實際壽命，變壓器繞組的阻抗為 X L 和 R 。在繪制相量圖時需要考慮這些阻抗，因為這些內(nèi)部阻抗會導致變壓器繞組內(nèi)出現(xiàn)電壓降。內(nèi)部阻抗是由于繞組的電阻和稱為漏磁通引起的漏電抗的電感降。這些內(nèi)部阻抗如下：

因此變壓器的初級和次級繞組同時具有電阻和電抗。有時，如果所有這些阻抗位于變壓器的同一側以使計算更容易，則可能更方便?？梢詫⒊跫壸杩挂苿拥酱渭墏然?qū)⒋渭壸杩挂苿拥匠跫墏取?R 和 L 阻抗的組合值稱為“Referred Impedances”或“Referred Values”。這里的目的是將變壓器內(nèi)的阻抗組合在一起，并且在我們的計算中只有一個 R 和 X L 的值，如圖所示。 / p>

組合變壓器阻抗

為了從變壓器的一側移動電阻另一方面，我們必須首先將它們乘以匝數(shù)比的平方（匝數(shù)比 2）。因此，例如，在匝數(shù)比為 8：1 的變壓器中，將2Ω的電阻從一側移動到另一側將具有新的電阻值： 2x8 2 =128Ω。

請注意，如果從較高電壓側移動電阻，新電阻值將增加，如果移動電阻從較低電壓側，其新值將減少。這也適用于負載電阻和電抗。

變壓器電壓調(diào)節(jié)

變壓器的電壓調(diào)節(jié)定義為變壓器負載在其時的次級端子電壓的變化最大值，即在主電源電壓保持恒定時施加滿載。調(diào)節(jié)決定變壓器內(nèi)部發(fā)生的電壓降（或增加），因為變壓器負載變高導致負載電壓過低，從而影響其性能和效率。

電壓調(diào)節(jié)表示作為空載電壓的百分比（或每單位）。然后，如果 E 表示空載二次電壓且 V 表示滿載二次電壓，則變壓器的百分比調(diào)節(jié)率如下：

例如，變壓器在空載時輸出100伏電壓，滿載時電壓降至95伏，是5％。 E - V 的值取決于繞組的內(nèi)部阻抗，包括其電阻 R ，更重要的是其交流電抗 X ，電流和相位角。

電壓調(diào)節(jié)通常隨著負載的功率因數(shù)變得更滯后（電感）而增加。關于變壓器負載的電壓調(diào)節(jié)可以是正值或負值，即以空載電壓作為參考，在施加負載時調(diào)節(jié)下降，或者以滿載為參考和變化

一般情況下，變壓器負載較高時鐵芯式變壓器的調(diào)節(jié)不如殼式變壓器好。這是因為殼式變壓器由于線圈繞組的交錯而具有更好的磁通分布。

在下一個關于變壓器的教程中，我們將看看具有多個初級繞組或更多的多繞組變壓器比一個次級繞組更多，看看我們?nèi)绾螌蓚€或多個次級繞組連接在一起，以便為連接的負載提供更多電壓或更多電流。