一变压器简介

　　变压器是使用电磁感应原理传输电能或电信号的器件, 它具有电压变换、电流转变和阻抗变换及电气隔离的作用。

1理想变压器事情原理

　　理想变压器基于下述两个假设：
　　1、变压器效率即是1，无任何能量消耗。即忽略了现实铁芯变压器线圈的电阻以及铁芯在交变磁场作用下所爆发的能量消耗。
　　2、铁芯的磁导率μ趋近于无限大，没有漏磁通。线圈的互感磁通即是自感磁通，耦合系数K为1，线圈自感系数L1、L2趋于无限大，可是，L1/L2为常数，数值上即是原副边匝数比的平方。
　　理想变压器的事情原理如下：
 

 

图1 理想变压器事情原理（变压器）

　　变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。两绕组只有磁耦合没电毗连。在一次绕组中施加交变电压，交变电压爆发交变电流，交变电流爆发交链一、二次绕组的交变磁通Φ，在一次和二次绕组中划分感应出电动势E₁、E₂。
理想变压器的绕组电阻为零，有：

　　E₁=-U₁，E₂=-U₂

　　假设一次和二次线圈的匝数划分为N₁和N₂，一次和二次绕组铰链的磁链划分为Ψ₁和Ψ₂，凭证电磁感应定律，下述方程组建设：

　　U₁=-E₁=-dΨ₁/dt=d(N₁Φ)/dt=N₁dΦ/dt　。╝）

　　U₂=-E₂=-dΨ₂/dt=d(N₂Φ)/dt=N₂dΦ/dt　。╞）

　。╝）式除以（b）式，可得：

　　U₁/U₂=N₁/N₂　　　　　　　　　　　　　。1）

　　理想变压器效率即是1，一次与二次绕组之间在能量传输历程中没有消耗，可知：

　　U₁I₁=U₂I₂

　　联立式（1）可得：

　　I₁/I₂=N₂/N₁　　　　　　　　　　　　　。2）

　。1）式除以（2）式，可得：

　　(U₁/I₁)/(U₂/I₂)=(N₁/N₂)²

　　U₁/I₁及U₂/I₂划分为一次和二次绕组的阻抗，划分记为Z₁和Z₂，则：

　　Z₁/Z₂=(N₁/N₂)² 　　　　　　　　　　　。3）

　。1）、（2）、（3）三式划分体现了理想变压器的电压变换、电流变换和阻抗变换关系。

2现实变压器事情原理

　　现实变压器绕组电阻不为零；
　　现实变压器交变磁通在铁芯中会爆发涡流消耗和磁滞消耗；

　　现实变压器铁芯磁导率为有限值，一次绕组爆发的磁通会有部分与空气形成磁路，不与二次绕组铰链，称为漏磁通Φ_σ1，同样，二次绕组也会爆发漏磁通Φ_σ2。
　　因此：

　　E₁≠U₁、E₂≠U₂。

　　同时铰链一次绕组和二次绕组的磁通称为主磁通Φ。由于空气的磁滞很大，一样平常主磁通远远大于漏磁通。
　　现实变压器效率小于1，其事情原理如下：

图2 现实变压器事情原理（变压器效率<1）

二变压器空载试验与铁损

　　交变磁通在变压器铁芯中会爆发磁滞消耗和涡流消耗，这两项变频器消耗统称为变压器铁损。铁损取决于变压器的磁通，主要是主磁通。
　　变压器的主磁通：

　　Φ_m=E₁/4.44fN₁

　　由于绕组的电阻很小，

　　E₁≈U₁

　　因此，主磁通主要取决于一次或二次绕组的电压和频率，与负载电流的巨细基本无关。
　　即：变压器的铁损为恒定消耗，与负载无关。
　　变压器空载运行时，输出功率为零，输入功率就是变压器消耗。二次绕组没有电流通过，没有消耗，输入功率减去一次绕组的铜损，就是变压器铁损。由于一次绕组电流很小，简陋盘算时，铜损可以忽略不计，变压器的空载输入功率约即是变压器的铁损。
　　变压器处于空载运行时，功率因数较低，无功功率占较量大，对电网倒运，因此，提高变压器空载功率因数是变压器厂家恒久需要研究的问题。铁损牢靠的情形下，空载电流越小，空载功率因数越高，因此，空载电流百分比（空载电流与额定电流的比值）　也就成了变压器的一个主要指标。
　　获取铁损及空载电流是变压器空载试验的主要目的，铁损一样平常用P_FE体现，空载电流一样平常用I₀体现。

三变压器短路试验与铜损

　　变压器的一次和二次绕组中都有一定的电阻，当电流流过绕组时，爆发的变压器消耗，称为变压器铜损或I^2R消耗。
　　铜损一样平常通过短路试验获取。短路试验要领如下：
　　将变压器高压侧短路，低压侧从零最先加电压，逐渐加到低压侧电流为额定电流。此时低压侧所加电压与额定电压之比的百分数称为短路阻抗，也称阻抗电压，一样平常用符号U_K体现。
　　注重：短路阻抗是一个无量纲的物理量，”单位”不是V，也不是Ω，而是“%”。
　　变压器短路试验时，绕组两头电压（短路阻抗）很低，因此，铁损很小，变压器的输入功率主要为铜损。铜损一样平常用P_Cu体现，而变压器短路试验的铜损相当于额定铜损，一样平常用P_CuN体现。
　　牢靠电流时，铜损与绕组的电阻有关，而绕组电阻与温度有关，以是，短路试验时，需要准确丈量绕组的温度或直接丈量绕组的直流电阻。
　　获取铜损及短路阻抗是变压器短路试验的主要目的。

四变压器效率特征

　　变压器效率用η体现，变压器的负荷率用β体现，变压器效率特征曲线如图3所示：

图3 变压器效率特征曲线

　　1.空载时输出功率为零，以是变压器效率η=0。
　　2.负载较小时，铁消耗相对较大，变压器效率η较低。
　　3.负载增添，变压器效率η亦随之增添。凌驾某一负载时，因铜耗占的正例增大，变压器效率η反而降低。
　　β=S/S_N，S为现实运行负荷，S_N为额定负荷。

　　可以证实：

　　P_Cu=P_FE=β²P_CuN

　　时，变压器的效率最高。

　　此时，

　　β_m=√(P_FE/P_CuN)。

　　记输入功率和输出功率划分为P₁和P₂，变压器的二次侧运行功率因数为cosφ2，则：

　　η=P₂/P₁

　　=(P₁-P_Fe-P_Cu)/P₁

　　=1-(P_Fe+P_Cu)/ (P₂+ P_Fe+P_Cu)

　　=1-( P_Fe+β²P_CuN)/(βS_Ncosφ2+P_Fe+β²P_CuN)

　　变压器最大效率盘算公式如下：

　　η_m=1-2 P_Fe/(β_mS_Ncosφ2+2P_Fe)。

五变压器效率测试

　　变压器效率测试主要包括空载试验和短路试验，空载试验获取铁损及空载电流，短路试验获取获取铜损及短路阻抗。
　　通俗变压器的空载功率因数较低，可低于0.1，电力变压器的空载功率因数稍高，一样平常在0.1～0.2之间。
　　通俗变压器的短路功率因数较高，一样平常在0.1以上，电力变压器为了提高短路阻抗，短路功率因数很低，一样平常在0.1以下，大容量的电力变压器的空载功率因数可低至约0.01。低功率因数下，互感器，功率表或功率剖析仪等仪器的角差对功率丈量准确度影响很大（详见yw永旺快投网文库“差别功率因数下相位误差对功率丈量准确度的影响”），建议变压器效率测试接纳高精度的互感器及WP4000变频功率剖析仪或DT数字变送器等低角差的丈量仪器。

 

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