变压器负载

作为静态设备，变压器的效率范围可高达98%至99%。理想的变压器与实际的变压器是完全不同的。由于绕组电阻、漏磁等损耗的存在，实际变压器的性能可能会偏离理想的性能。

所有这些影响都被考虑在内，以评估变压器的性能或有负载或无负载。本文将帮助人们了解变压器在有负载和无负载情况下的工作和性能。

空载理想变压器

虽然没有一种变压器是理想的，但在变压器设计的运行过程中，变压器的性能会接近其理想特性。理想的变压器没有一次和二次绕组电阻。整个磁通由主链与次链产生，因此没有泄漏磁通。

此外，由于地核的磁导率是无穷大的，它携带着无穷大的磁通量而不会进入饱和状态。忽略了磁芯的涡流和磁滞损耗。当这种理想变压器空载运行时，二次电流为零(二次端子为开)，如下图所示。

当一次电源与电压为V的电源相激励时₁，一次绕组产生电流I₁在地核中产生必要的熔剂这个电流叫做磁化电流I_米．由于绕组是纯感应的，所以绕组电阻为零。

由于这个纯电感，磁化电流I_米滞后于电源电压V₁通过90度。当前我_米的值很小，产生与电流I_米如图所示。

这种磁通量与一次绕组和二次绕组连接，并产生电动势E₁和E₂在各自的绕组。这些感应电动势与电源电压V相反₁(这是产生电磁场的原因)根据伦茨定律。因此,E₁和V的大小相等₁但与V反相₁．

同样E₂与V1反相，但它的大小取决于二次的匝数，即N₂．因此，两个emf E₁和E₂它们与V1不相，如图所示彼此相。变压器的输入功率是一次电压和电流与它们之间的余弦角的乘积。

这里一次电压和一次电流(或磁化电流)之间的相位角是90度。cos90是零，所以输入功率是零。这是因为在空载下，二次或输出功率为零，也由于理想功率，损耗也为零。因此，在空载条件下，理想变压器的输入功率为零。

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理想的负载变压器

考虑理想的变压器是负载的，负载的性质是感性的，因此输出或二次电流滞后于输出或二次终端电压V₂从一个角度Φ如图所示。次电流I₂产生与堆芯中主磁通相反的次级磁通。所以mmf N₂我₂称为退磁安匝。

为了减少二次电流对主电流的影响，一次电流额外引入电流I₁”。这个电流叫做电流的负载分量。安匝N₁我₁“平衡N₂我₂安培转动使净通量保持不变。因此电流I₁和I的方向相反₂它的大小由I决定₁' = N₂/ N₁×我₂．

一次电流由产生磁通的磁化电流和电流I的负载分量组成₁”。因此,我₁=我_米+我₁”。将上述相量与理想的空载变压器相比较，一次电流只使两者有区别。

由于电阻降为零，在二次E₂等于V₂，如图所示方向相同。

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空载实用变压器

由于铁心渗透率有限、绕组电阻有限、双绕组泄漏通量有限等原因，实际变压器与理想变压器存在差异。当磁芯受到交变磁通作用时，磁芯中会产生涡流和磁滞损失。

这些被称为铁或核心损失。实际变压器的一次绕组有一定的电阻，因此一次铜损耗也很小。因此，当实际变压器运行时，需要一次电流同时提供铁心和绕组损耗。

因此，空载电流由两个分量组成。第一个成分是磁化成分Im，它负责在地核中产生必要的磁通。另一个组件是主动或核心损耗组件Ic，它提供核心的全部损耗。所以一次电流

我_o=我_米+我_c

由于实际变压器中的绕组电阻，空载电流Io不再受90度角电压的滞后。因此，Io滞后电压V1一个角度Φo，因此没有负载功率因数存在如图所示。由上面的相量图，

空载电流的磁化元件，I_米=我_o罪Φo

无负载电流的磁芯损耗分量_c=我_o因为Φo

空载电流大小，I_o=√(我²_米+我²_c）

其中Φo一次电压和电流之间无负载角。

空载总输入功率W_o= V₁×我_o×因为Φo

需要注意的是，对于设计良好的变压器，一次空载电流约为额定或满载电流的3%至5%。由于绕组电阻小，铜的损耗可以忽略不计。因此，空载运行的实际变压器的输入功率代表变压器中的铁损耗，在所有负载条件下都是恒定的。

W_o= V₁×我_o× cos Φo =铁损失

空载变压器实例

假设变压器连接到400v, 50hz的电源，运行在无负载电流5A的变压器，功率因数0.3滞后。为此，我们计算了空载电流和铁损耗的磁化分量。

由以上数据，Φo = cos -1(0.3)

= 72.54度

因此,我_米=我_o罪Φo

= 5 × sin 72.54

= 0.953

铁损,P_我= V₁×我_o×因为Φo

= 400 × 5 × 0.3

= 600瓦

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有载变压器(无绕组电阻和漏抗)

当负载连接到变压器的那一刻，二次电流开始流过负载。取决于连接在二次电流上的负载，二次电流I的大小和相位₂是多种多样的。

在电阻负载的情况下，我₂与V同相₂，如果是归纳I₂落后于V₂容性负载为I₂导致V₂．由于二次mmf N₂我₂，二次电流I₂在磁芯中设置磁通量Φ2。

这个次级磁通与由磁化元件产生的主磁通相反。这个mmf叫做去磁安培匝。由于这种通量的对立，在初级E₁减少了。

由于矢量差V的增加，一次电源从电源吸取更多的电流₁- E₁．这个额外的电流是由负载引起的，因此被称为主电流I2 '的负载分量。

该负载分量电流与I2反相，并产生通量Φ2 '，以中和Φ2的影响。因此是mmf N₁我₂平衡了mmf N₂我₂．因此，变压器中的净磁通是恒定的，这就是变压器又被称为恒定磁通机的原因。

从上面的讨论,

N₁我₂' = N₂我₂

我₂' = (N₂/ N₁)我₂

我₂' = k I₂

因此一次电流I₁变压器在负载下有两个组成部分。第一种是无负载电流Io，它既有磁化分量Im，又有磁芯损耗分量I_c．

这个一次电流滞后于电源电压Φo的角度。其他电流是电流I的负载分量₂’，它是二次电流为I的反相₂．该电流的相位角由连接的负载的性质决定。

值得注意的是，上述解释忽略了实际变压器中的各种下降，如电阻和泄漏电抗下降。因此,E₂等于V₂．以上三幅图为变压器在不同负载下运行时的相量图。

一次电流I₁是电流的矢量和I吗_o和我₂”。二次电流I₂由V滞后₂感应负载的角度Φ2。在电阻负载中，我₂与E₂在容性负载中，I₂领导E₂通过角度Φ2如图所示。

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有载变压器(带绕组电阻和漏抗)

实际变压器绕组具有一定的电阻。这些一次和二次绕组的电阻不仅导致电压下降I₁R₁和我₂R₂在各自的绕组，也欧姆损失I₁²R₁和我₂²R₂．

当电流通过主I时₁，绕组电阻引起电压降I₁R₁因此，在一次电源中感应到的电动势不再等于电源电压V₁．

因此,E₁= V₁——我₁R₁

同样地，由于I，在次级电路中产生的电动势不会跨负载端子出现₂R₂在二次绕组中滴入。

因此,V₂= E₂——我₂R₂

在上述两个方程中，减法应按矢量进行。这些滴是纯电阻性的，因此它们是相对应的电流。

此外，在实际变压器中，除了连接初级和次级绕组的互用或有用磁通外，完成通过空气路径并单独与各自绕组连接的磁通的一小部分被称为泄漏磁通。

一次漏磁由电流I1产生，只与一次绕组相连。二次漏磁由电流I2产生，只与二次绕组相连。这些泄漏通量引起自感电动势E₂和E₂在他们各自的弯道里。

因此，要产生E₁在一次电源中，电源电压必须克服一次电源中的自感电动势。同理，产生二次端电压V₂，感应电动势E₂必须克服由于泄漏磁通而产生的二次自感电动势。

这些电动势被认为是电压降或通过与绕组串联的虚构电抗的电抗降。因此我₁X₁是一次电抗下降和I₂X₂为二次电抗降。

则变压器的基本电压方程为:

E₁= V₁——我₁R₁——记₁X₁

V₂= E₂——我₂R₂——记₂X₂

因此，通过考虑泄漏电抗和绕组电阻的影响，变压器可以可视化如下图所示。

此外，变压器一次电流所携带的无负载电流需要维持铁心的互磁通以及对铁心损耗作出响应。在空载等效情况下，实际的有载变压器如下图所示。这也称为变压器的等效电路。

下图为带负载运行的变压器相量图。二次电流I₂使电压在负载V上滞后₂角度Φ2所以负载的功率因数是cosΦ2。”

下我₂R₂在二次侧与二次电流相，而I₂X₂导线参照电流I下降90度₂．把这些滴加到V中₂，我们得到诱导次级电动势E₂如图所示。

我₂'表示在一次电流中流过的电流对应于二次电流I₂．Io是无负载电流，有两个I_米和我_c组件。因此流过初级电流的总电流是I的相数和₂和Io，如图所示。- e₁为初级电动势，它是一个90度的通量头。

一次绕组电阻降I₁R₁与I一致₁漏滴I₁X₁与I成90度角₁．因此，通过加-E₁我滴₁R₁和我₁X₁我们得到电压V1如相量图所示。

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