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      2020年10月21日  星期三
        
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      最新資訊
      變壓器的空載運行原理及原理圖
      作者:LIYUN  來源:軟啟動技術網  發表時間:2016-03-11 10:17:17  點擊:199

      一、變壓器的空載運行

      1.空載運行時各物理量正方向的規定   

      變壓器一次繞組接額定頻率和額定電壓的電網上,而二次繞組開路,即I2=0的工作方式稱變壓器的空載運行。為了簡便起見,將立體圖改畫成平面圖,如圖211所示。

      211  單相變壓器空載運行

          由于變壓器接在交流電源上工作,因此通過變壓器中的電壓、電流、磁通及電動勢的大小及方向均隨時間在不斷地變化,為了正確地表示它們之間的相位關系,必須首先規定它們的參考方向。

          原則上可以任意規定參考方向,但是如果規定的方法不同,則同一電磁過程所列出的方程式,其正、負號也將不同。為了統一起見,習慣上都按照“電工慣例”來規定參考方向:

        1)電壓的參考方向:在同一支路中,電壓的參考方向與電流的參考方向一致。

        2)磁通的參考方向:  磁通的參考方向與電流的參考方向之間符合右手螺旋定則。

        3)感應電動勢的參考方向:由交變磁通Ф產生的感應電動勢e,其參考方向與產生該磁通的電流參考方向一致(即感應電動勢e與產生它的磁通Ф之間符合右手螺旋定則),如圖212所示。

      212  參考方向的規定

      按此參考方向列出的電磁感應定律方程為

      下面分析變壓器空載運行時,各物理量之間的關系。

      2.感應電動勢和變比

      空載時,在外加交流電壓ul作用下,一次繞組中通過的電流稱為空載電流i0。在電流i0的作用下,鐵心中產生交變磁通Φ(稱為主磁通),主磁通Φ同時穿過一、二次繞組,分別在其中產生感應電動勢e1

      如略去一次繞組中的阻抗不計,則外加電源電壓U1與一次繞組中的感應電動勢E1可近似

      看作相等,即U1E1,而U1E1的參考方向正好相反,即電動勢E1與外加電壓U1相平衡。

      在空載情況下,由于二次繞組開路,故端電壓U2與電動勢正好相等,即U2E2。

      因此    U1E14.44fN1Фm                 23

      U2E2=4.44fN2Фm                  24

        

      式中,Ku稱為變壓器的變壓比,簡稱變比,也可用K來表示,這是變壓器中最重要的參數之一。

      由式(25)可見:變壓器一、二次繞組的電壓與一、二次繞組的匝數成正比,也即變壓器有變換電壓的作用。   

      由式(23)可見:對某臺變壓器而言,fN1均為常數,因此當加在變壓器上的交流電壓有效值U1恒定時,則變壓器鐵心中的磁通Фm基本上保持不變。這個恒磁通的概念很重要,在以后的分析中經常會用到。

      3.變壓器的空載電流和空載損耗

      變壓器空載運行時,空載電流I0一方面用來產生主磁通,另一方面用來補償變壓器空載時的損耗。為此,將I0分解成兩部分,一部分為無功分量Iq,用來建立磁場,起勵磁作用,與主磁通同相位;另一部分為有功分量Id,用來供給變壓器鐵心損耗,相位超前主磁通90o,即:

      空載電流一般只占額定電流的(210)%,而Id<10I0,因此I0Iq,所以空載電流I0主要用來建立主磁通。故近似稱作勵磁電流。變壓器空載時沒有輸出功率,它從電源獲取的全部功率都消耗在其內部,稱為空載損耗?蛰d損耗絕大部分是鐵心損耗P0,即磁滯損耗與渦流損耗,只有極少部分是一次繞組電阻上的銅損耗I02R,,它只占空載損耗的2%,故可認為變壓器的空載損耗就是變壓器的鐵心損耗。

      3.空載運行時相量圖

      變壓器空載運行時的電路原理圖如圖213。其中一次繞組的兩個接線端用“U1”、“U2”表示,二次繞組的兩個接線端用“u1”、“u2”表示。

      在不計一次繞組的阻抗及變壓器中的損耗時,圖211中的空載電流I0只用來產生磁通Фm,一次繞組電路為純電感電路,空載電流I0滯后于電壓U190o,又由于感應電動勢El滯后

      213  單相變壓器電路原理圖

        電壓U1180o,故E1滯后于電流I090o。另外由前面分析知道E1也滯后于Фm90o,故I0與由Фm同相位,由此可以作出理想變壓器(不計損耗的變壓器)空載運行時的相量圖,如圖214所示。

      214  理想變壓器空載運行相量圖

       

        22:如圖211所示,低壓照明變壓器一次繞組匝數N1660匝,一次繞組電壓Ul220V,現要求二次繞組輸出電壓U236V,求二次繞組匝數N2及變比Ku

          由式(25)可得  

      通常我們把Ku>1(即U1>U2,N1>N2)的變壓器稱為降壓變壓器;Ku<1稱為升壓變壓器。

       
       

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