電力變壓器的工作原理

電力變壓器的工作原理一、電力變壓器的基本物理量電力變壓器接于電力供電系統(tǒng)中，往往將接受電力網(wǎng)電能的一側(cè)稱為電源側(cè)繞組，又稱為—次繞組。輸出電能與用電負載連接的一側(cè)稱為負載側(cè)繞組，又稱二次繞組。為了說明變壓器的工作原理，先介紹以下物理量：U?и——變壓器一次側(cè)額定電壓值；U?и——變壓器二次側(cè)額定電壓值；E?——一次側(cè)感應電勢；E?——二次側(cè)感應電勢；I?——一次側(cè)繞組中電流；I?——二次側(cè)負載電流；N?——一次側(cè)繞組匝數(shù)；N?——二次側(cè)繞組匝數(shù)；Φм——鐵芯中主磁通極大值；Iо——變壓器勵磁電流；Z?——變壓器一次側(cè)阻抗；Z?——變壓器二次側(cè)阻抗；Po——變壓器空載損耗；Ｐｓс——變壓器短路損耗；∫——電源頻率；S?——變壓器功率。對于三繞組變壓器，變壓器一次側(cè)的物理量加注符號1（右下角腳注）、二次側(cè)加注2、低壓側(cè)加注3或用小寫字母表示。二、單相變壓器的工作原理電力變壓器是變換電壓、傳輸電功率的電器，它的一次側(cè)與電源相連接，加上電源電壓接受電力網(wǎng)中的電能;二次側(cè)是輸出端，與用電設(shè)備相連接，把從電源接受的電能供給用電負載。其電路與磁路的關(guān)系如圖5

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1所示。當一次側(cè)繞組接通電源時，在額定電壓作用下，一次側(cè)繞組中就有一個工頻50Hz的交流電，交變的電流建立一個同頻率的正弦波交變磁通，在鐵芯中構(gòu)成磁路，同時穿過變壓器的一、二次側(cè)繞組。當電壓不變，鐵芯中的磁通也維持不變，這個磁通就是主磁通。當變壓器二次開路時，即變壓器處于空載狀態(tài)，一次繞組所流過的電流就是空載電流，空載電流與變壓器一次繞組匝數(shù)Ｎ?的乘積，即Ｉ?Ｎ?就是變壓器的主磁勢側(cè)。根據(jù)電磁感應原理，變化的磁通穿過線圈時，就可以產(chǎn)生感應電動勢，由于磁通中同時穿過套在同一鐵芯上的兩組繞組，因此，在變壓器一次繞組中產(chǎn)生一個感應電勢E?，在二次繞組兩端產(chǎn)生一個感應電勢E?，如果變壓器一次繞組接通負載，就會在負載中有負載電流I?流過，這樣變壓器就把從電源接受的電功率傳給負載，輸出電能，這就是變壓器的基本工作原理。１.變壓器的空載狀態(tài)如果變壓器只接通電源側(cè)，二次負載不接人電路，這時變壓器二次電流I?=0,這種工作狀態(tài)就是變壓器的空載運行狀態(tài)。根據(jù)愣次定律，如果勵磁電流太小可忽略，則繞組的一次壓降I?Z?也可以忽略,這時變壓器一次側(cè)的感應電動勢E和電源電壓可以認為大小相等、方向相反，就有以下電壓平衡關(guān)系：U?=-E?、U?=E?由電磁感應定律可知，感應電勢的數(shù)值是決定于磁通的變化率的，因此有下列關(guān)系:、感應電勢按正弦規(guī)律變化的有效值等于其極大值除以√2，所以，有變壓器的一次電壓與二次電壓之比叫做電壓比（簡稱變比），即所以因此，變壓器的變比是指在變壓器空載時一次電壓與二次電壓之比，也就是一次側(cè)繞組匝數(shù)與二次側(cè)繞組匝數(shù)之比。2.變壓器的負載工作狀態(tài)如果把變壓器二次回路接通，在變壓器二次繞組端電壓的作用下，流過負載的電流I?就是變壓器的負載電流，負載電流的大小取決于二次負載阻抗Z?。變壓器有了負載電流，就能使變壓器鐵芯中的磁通發(fā)生變化，負載電流I?和變壓器二次繞組匝數(shù)N?的乘積就是二次側(cè)磁勢，這個磁勢對鐵芯中的磁通的作用是去磁的，它減小主磁通，因而使一次繞組中感應電勢也相應減小，電源電壓U?和感應電勢E?有了差值，在這個差值電壓的作用下，使一次繞組中的電流I?加大，這時一次繞組中電流不僅是勵磁電流，而增加了一部分為平衡二次去磁磁勢的電流I?（二次負載電流轉(zhuǎn)換到變壓器一次側(cè)的電流值）來維持鐵芯中的主磁通保持不變，二次負載電流越大，電流I?也越大，也就是一次電流I?越大，因此，變壓器通過電磁原理把電源的電能量傳輸給負載。一般變壓器空載電流I?只占一次額定電流的2%-10%，如果忽略勵磁電流時，變壓器就有磁勢平衡關(guān)系：I?N?=I?N?其中,I?包含有I?和/I?。由此可知所以說變壓器一次電流與二次電流之比等于二次匝數(shù)與一次匝數(shù)之比，也就是變比K的倒數(shù)。3.變壓器的短路試驗變壓器的另一種工作狀態(tài)是變壓器的短路工作狀態(tài)。當變壓器一次側(cè)接入額定電壓、二次側(cè)接入負載阻抗很?。ń咏诹悖┑呢撦d，就是變壓器的短路工作狀態(tài)，例如，電焊機和電弧爐變壓器,這些變壓器的設(shè)計是按照短路工作狀態(tài)設(shè)計的。如果電力變壓器在正常負載狀態(tài)運行過程中，二次負載阻抗突然變得很小甚至等于零，這種狀態(tài)叫做變壓器的突然短路，它是—種事故狀態(tài)。變壓器的突然短路，將要在一、二次繞組中產(chǎn)生比正常額定電流大得多的短路電流,短路電流的熱作用和電動力作用可以使變壓器發(fā)熱超過允許的數(shù)值,并且使變壓器遭到強大電動力而燒毀、損壞。因此，需要接人各種保護裝置，如熔斷器、繼電保護及溫度保護等，以保護變壓器不致由于短路而損壞。為了進一步掌握變壓器短路時的情況，我們通過對變壓器的短路試驗取得一些必要的技術(shù)參數(shù)。變壓器短路試驗的接線如圖5-2（a）所示。調(diào)節(jié)變壓器一次側(cè)電壓,使一次繞組中的電流I?在二次繞組短路狀態(tài)時的數(shù)值等于一次側(cè)的額定電流時，所測量出的一次繞組中的端電壓，稱為短路電壓Usc變壓器銘牌上的阻抗電壓，就是變壓器短路電壓與額定電壓比值的百分數(shù)，即在實際工作中，變壓器短路電壓也稱做短路阻抗或阻抗電壓百分比,這是因為變壓器在二次側(cè)短路吋，一次