變壓器可以在次級(jí)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(shè)變壓器是理想情況下，變壓器繞組中沒(méi)有磁芯損耗或銅損。然而，在現(xiàn)實(shí)世界的變壓器中，由于變壓器處于“負(fù)載”狀態(tài)，變壓器負(fù)載總會(huì)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(shí)會(huì)發(fā)生什么，即沒(méi)有電氣負(fù)載連接到其次級(jí)繞組，因此沒(méi)有二次電流流動(dòng)。

當(dāng)一個(gè)變壓器的二次側(cè)繞組開(kāi)路時(shí)，據(jù)說(shuō)它處于“空載”狀態(tài)，換句話說(shuō)，什么都沒(méi)有連接，變壓器負(fù)載為零。當(dāng)交流正弦電源連接到變壓器的初級(jí)繞組時(shí)，由于主電源的存在，小電流 I OPEN 將流過(guò)初級(jí)線圈繞組電壓。

在二次電路斷開(kāi)的情況下，沒(méi)有任何連接，反電動(dòng)勢(shì)和初級(jí)繞組電阻會(huì)限制該初級(jí)電流的流動(dòng)。顯然，這個(gè)空載初級(jí)電流（ Io ）必須足以保持足夠的磁場(chǎng)以產(chǎn)生所需的反電動(dòng)勢(shì)?？紤]下面的電路。

變壓器“空載”條件

電表上面將指出流過(guò)初級(jí)繞組的小電流，即使次級(jí)電路是開(kāi)路的。該空載初級(jí)電流由以下兩個(gè)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(shè)定磁通量的電壓。

請(qǐng)注意，與變壓器正常滿載電流相比，此空載初級(jí)電流 Io 非常小。此外，由于鐵芯中存在鐵損以及初級(jí)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(huì)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(jì)算空載電流 Io 和產(chǎn)生的功率因數(shù)。

變壓器“有載”

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

次級(jí)電流 I S 由負(fù)載的特性決定，在變壓器鐵心中產(chǎn)生一個(gè)自感應(yīng)的次級(jí)磁場(chǎng)，Φ S ，它以完全相反的方向流動(dòng)主要主要領(lǐng)域Φ P 。這兩個(gè)磁場(chǎng)彼此相對(duì)，導(dǎo)致磁場(chǎng)強(qiáng)度小于二次回路開(kāi)路時(shí)單獨(dú)初級(jí)繞組產(chǎn)生的單磁場(chǎng)的組合磁場(chǎng)。

這種組合磁場(chǎng)降低了反電動(dòng)勢(shì)初級(jí)繞組導(dǎo)致初級(jí)電流 I P 略微增加。初級(jí)電流繼續(xù)增加，直到磁芯磁場(chǎng)回到其原始強(qiáng)度，并且為了使變壓器正常工作，在初級(jí)和次級(jí)磁場(chǎng)之間必須始終存在平衡條件。這導(dǎo)致功率在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)均衡并且相同。考慮下面的電路。

變壓器“有載”

我們知道變壓器的匝數(shù)比表明每個(gè)繞組的總感應(yīng)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(guān)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(dāng)前比率

注意電流成反比電壓和匝數(shù)。這意味著在次級(jí)繞組上加載變壓器時(shí)，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(shuō)，“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(jí)和次級(jí)匝數(shù)之間的關(guān)系，每個(gè)繞組的電壓，以及通過(guò)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(zhuǎn)動(dòng)，（ N ）如圖所示。

從中抽取的總電流初級(jí)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(jí)變壓器負(fù)載并且滯后于電源電壓角度Φ。我們可以將此關(guān)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(jì)算出初級(jí)電流， I P 通過(guò)以下方法。

變壓器裝載示例No2

單相變壓器開(kāi)啟1000次它的初級(jí)繞組和次級(jí)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(jì)算初級(jí)繞組電流， I P 及其相應(yīng)的功率因數(shù)φ當(dāng)供給變壓器負(fù)載的次級(jí)電流為280安培時(shí)為0.8安培

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

實(shí)際的實(shí)際壽命，變壓器繞組的阻抗為 X L 和 R 。在繪制相量圖時(shí)需要考慮這些阻抗，因?yàn)檫@些內(nèi)部阻抗會(huì)導(dǎo)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(jí)和次級(jí)繞組同時(shí)具有電阻和電抗。有時(shí)，如果所有這些阻抗位于變壓器的同一側(cè)以使計(jì)算更容易，則可能更方便?？梢詫⒊跫?jí)阻抗移動(dòng)到次級(jí)側(cè)或?qū)⒋渭?jí)阻抗移動(dòng)到初級(jí)側(cè)。 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(jì)算中只有一個(gè) 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(cè)移動(dòng)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(cè)移動(dòng)到另一側(cè)將具有新的電阻值： 2x8 2 =128Ω。

請(qǐng)注意，如果從較高電壓側(cè)移動(dòng)電阻，新電阻值將增加，如果移動(dòng)電阻從較低電壓側(cè)，其新值將減少。這也適用于負(fù)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(fù)載在其時(shí)的次級(jí)端子電壓的變化最大值，即在主電源電壓保持恒定時(shí)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?yàn)樽儔浩髫?fù)載變高導(dǎo)致負(fù)載電壓過(guò)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(shí)輸出100伏電壓，滿載時(shí)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(fù)載的功率因數(shù)變得更滯后（電感）而增加。關(guān)于變壓器負(fù)載的電壓調(diào)節(jié)可以是正值或負(fù)值，即以空載電壓作為參考，在施加負(fù)載時(shí)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(fù)載較高時(shí)鐵芯式變壓器的調(diào)節(jié)不如殼式變壓器好。這是因?yàn)闅な阶儔浩饔捎诰€圈繞組的交錯(cuò)而具有更好的磁通分布。

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