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　　变压器的原理

　　万江电工考证培训最简单的变压器是由一个闭合的铁心和绕在铁心上的两个匝数不等的绕组组成。我们已经知道:与电源相连的绕组称为一次绕组(一次侧);与负载相连的绕组称为二次绕组(二次侧)。一、二次绕组都用绝缘的导线绕成。虽然一、二次绕组在电路上是相互分开的，但通过磁路，一、二次绕组相互联系，传递能量。根据二次绕组是否连接负载，变压器的运行可分为空载运行和负载运行。

　　一、变压器的空载运行

　　东莞万江电工培训考证学校所谓变压器空载运行就是变压器一次绕组加额定电压，二次绕组开路的工作状态，如图1-9所示。实际变压器在运行中要考虑到各种损耗，分析起来比较复杂。为了分析的简单、方便，如果不计绕组的电阻、铁心的损耗，磁路中的漏磁通和磁饱和影响的变压器称为理想

　　变压器.理想变压器只是一个单纯的电感电路，在一些近似的计算中常用理想变压器来分析。下面来分析理想变压器和实际变压器在空载运行中的情况。

　　1.理想变压器空载运行

　　理想变压器运行原理图如1-9所示。当一次绕组接上交流电压UI时，在一次绕组中就会有交流电流i。通过并在铁心中产生交变的磁通中二。这个交变磁通不仅通过一次绕组，而且也通过二次绕组，并在两绕组中分别产生感应电动势。:和。2。此时，因为二次绕组没接负载，二次绕组中没有电流流过，但二次绕组有输出电压

　　图1-9理想空载变压器的空载运行原理图U02.

　　(1)”空载电流io。变压器空载运行时流过一次绕组的电流称为空载电流，理想变压器的空载电流主要产生铁心中磁通，所以空载电流也称为空载励磁电流，是无功电流。

　　(2)电压和感应电动势的关系。因为理想变压器不考虑绕组的电阻、铁心的损耗和漏磁通影响，根据基尔霍夫第二定律可知，一次侧绕组的电压平衡方程式为:U=-E1                              (1-1)

　　式1-1说明一次绕组上的感应电动势等于电源电压大小即U, =E,;在相位上，它:与　饥反相位，它l也可以称为反电势.二次侧绕组的电压平衡方程式为:

　　U02 = t02(1-2)

　　式1-2说明二次绕组上输出电压大小等于感应电动势即U02 = E2;并且饥2与E:同相位。

　　(3)感应电动势的灿·根据电磁感应定律一鲤缨可推导出变压器和交流蜘“组上感应电动势计算公式:

　　E=4.44 fNQim‘.(1一:{)

　　式中甄-主磁通幅值.Wb;

　　f-频率，Hz;

　　E -感应电动势有效值，V.

　　式1-3是交流磁路的基本关系式，它表示感应电动势的大小与电源频率.f绕组匝数及铁心中的主磁通的幅值成正比。

　　由公式认二一它，可知U1=E1;即U1=E1=4.44 fN45m

　　该公式说明铁心中的主磁通的大小取决于电源电压、频率和一次绕组的匝数，而与磁路所用的材料和磁路的尺寸无关。当电源电压不变时，变压器磁路上的磁通的杯值是不会变化的。

　　(4)变压比(简称变比)。一次侧绕组相电动势E:与二次侧绕组相电动势凡之比称为变帐比K，即:

K=E1 /E2

　　因为E,=4.44 fN;(Pm. E2=4.44 fN2Om，可得到公式:

　　E,N，U,

　　K=;子=二户一;;-

　　C2    !Y2口02

　　(1---1)

　　式中.N1一次侧绕组匝数;

　　N2-二次侧绕组匝数。

　　2.实际变压器空载运行

　　实际变压器空叔运行如图1-10所示，空载运行接线如图1-11所示。

　　图1-10实际变压器(有泥磁)空救运行图

　　图1-11实际变压器空放运行接线图

　　实际变压器空载运行的情况分析:

　　(1)实际变压器一次绕组存在电阻r1，当一次绕组有空载电流流过时，会在该电阻上产生电压降is r1 .

　　(2)变压器中存在N磁通.空载电流产生的磁通分为两部分，其中大部分进通通过铁心

　　交链一次侧绕组和二次侧绕组，该磁通称为主磁通，它在一次侧绕组和二次侧绕组中分别感应出电动势"1和，:.另一小部分磁通只通过一次侧绕组周围的空间形成闭路，称为翻磁通，仅占主磁通的。.25写，它在一次侧线圈中产生漏杭电动势‘:。

　　(3)变压器铁心中存在铁耗。当变压器主磁通穿过铁心时，会在铁心中产生涡流损耗，和磁滞损耗.该损耗称为铁损耗(简称铁耗)。

　　由于一次侧绕组电阻r,、空载励磁电流io和漏磁通很小，所对应的io ri和漏抗电动势e,1也很小，可以忽略不计.则实际变压器电压方程为:右，、它1"饥，=它:。

　　由于铁心中存在磁滞损耗和涡流损耗，该投耗称为铁耗，是由电源提供，因此，一次绕组中流过的空载电流1。中存在一个有功电流，用lop表示，它用以供给铁心损耗。

　　当考虑变压器铁心中存在铁耗时，空载电流有两个分量组成，一是无功分量IOQ，起励磁作用，另一个是有功分量lop，用来供给铁心损耗，这两个分量在相位上相差9o*,所以空载电流有效值I。为:

　　'10=丫I若p+1志d(1-5)其中空载电流有功分量为lop= ID sina，空载电流无功分量为IOQ = Io cosy，通常lop很小，所以，空载运行时变压器的功率因数coca很小。

　　二、变压器的负载运行

　　变压器的二次侧绕组接上负载后的运行实验如图1-12 ,图1-13所示。

　　当二次侧绕组接上负载，一次侧绕组接上交流电源后，二次侧绕组有电流i:通过，此时一次侧绕组的电流立即从空载电流i。增加到i二如果增加负载，则几增大，i:也随着增大。换句话说，变压器二次绕组所消耗的电功率增加(或减少)时，一次绕组从电E-I=所取得的电功率也随着增加(或减少)。这表明，变压器在传输电能时具有一种自动调节的作用。而变压器一、二次绕组之间并没有电的联系，那么显然，这种能量传输的自动调节作用只能是通过磁场作为媒介，把一、二次绕组相互联系起来的。.

　　图1-12单相变压器负载运行实验图

　　在变压器空载时，铁心中的主磁通41m仅由

　　原绕组空载电流to产生，外加电压认与一次绕

　　组的感应电动势它;处于相对平衡的状态。但当

　　二次绕组出现电流2:时，情况就发生了变化(见

　　图1-14)，因为几也在铁心中产生磁通仇，由

　　楞次定律可知，该磁通对主磁通0m存在阻碍作

　　用，使铁心中的磁通0二发生改变的趋势，根据

　　U1=E1=4.44 fNPm，在电源电压一定时，磁通

　　图1-13单相变压器负载运行接线图

　　iUi

　　U,

　　图1-14单相变压器负载运行图

　　中m要保持不变，因此，一次绕组电流将

　　从I。增加到11，其增加的电流所产生的磁通补偿仇对0m的阻碍作用。所以，变压器负载

　　运行时，铁心中磁场是由一、二次绕组中电流共同产生。

　　1.磁动势平衡方程

　　电流流过线圈产生磁场，

　　流I的乘积NI叫磁动势。

　　mtqxa

　　其磁场大小由线圈的匝数N和电流I决定，线圈匝数N和电

　　变压器空载运行时，铁心中的主磁通4m是由磁动势NJ I。产生，变压器负载运行时，铁心中的主磁通0m是由一、二次绕组磁动势NJ l，和N21:共同产生，但其中m不改变.所以存在下面磁动势平衡方程:

　　N,1,+N212=N,1o(一6)

　　将式1-6中N2九移到等式的右边得:

　　N,1,=N,1o+ (-N212)                       (1-7)

　　从式1-7可知:变压器负载运行时，一次绕组的磁动势NJ l，是由两个分量组成，其中一个分量N,1。是产生主磁通的磁动势，另一个分量(一NZ 12)是用来抵消二次绕组磁动势的去磁作用。