变压器负载运行是将变压器的原绕组接上电源,副绕组接有负载的情况。
副绕组接上负载 Z 后,在电动势e2的作用下,副边就有电流i2流过,即副边有电能输出。原绕组与副绕组之间没有电的直接联系,只有磁通与原、副绕组交链形成的磁耦合来实现能量传递。那么,原、副绕组电流之间关系怎样呢?
变压器未接负载前其原边电流为io,它在原边产生磁动势i0N1,在铁芯中产生的磁通Φ。接负载后,副边电流i2产生磁动势i2N2,根据楞次定律,i2N2将阻碍铁芯中主磁通Φ的变化,企图改变主磁通的*大值ΦM。当电源电压有效值U1和频率f一定时,由式U1 =E 1=4.44fN 1Φm可知,U1和ΦM近似恒定。随着负载电流i2的出现,通过原边电流io及产生的磁动势i0N1必然也随之增大,至i1N1以维持磁通*大值ΦM基本不变,即与空载时的ΦM大小接近相等。有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势(i1N1+i2N2)应该与空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1差不多相等,即
称为磁动势平衡方程式。
有载时,原边磁动势i1N1可视为两个部分:iON1用来产生主磁通Φ;i2N2用来抵消副边电流i2所建立的磁动势i2N2以维持铁芯中的主磁通*大值ΦM基本不变。
一般情况下,空载电流IO只占原绕组额定电流I1N的3%—10%,可以略去不计。即:
于是,原、副绕组的电流关系为
变压器原、副绕组的电流之比近似与它们的匝数成反比。
1.变压器的功率
变压器原绕组的输入功率为
式中φ1为原绕组电压与电流的相位差。
变压器副绕组的输出功率为
式中φ2为副绕组电压与电流的相位差。
输入功率与输出功率的差就是变压器所损耗的功率,即
2.变压器的效率
变压器的效率等于变压器输出功率与输入功率之比的百分值,即
变压器的效率较高。大容量变压器在额定负载时的效率可达98%--99%,小型电源变压器的效率约为70%--80%。
变压器的效率还与负载有关,同一台变压器在不同负载下的效率也不同,一般在40%--60%额定负载时效率*高,轻载时效率很低,应合理选用变压器的容量,避免长期轻载或空载运行。
变压器的功率损耗,包括铁损 △PFe(变压器铁心的磁滞损耗和涡流损耗)和铜损△PCu(线圈导线电阻的损耗)。
铜损
与负载大小有关,是可变损耗;而铁损与负载大小无关,当外加电压和频率确定后,一般是常数,称为固定损耗。
变压器二次绕组电压U2随I2变化的程度也可用电压调整率△U%表示,即 。 式中U20为变压器空载即I2为零时的二次绕组电压;U2N为变压器额定负载时的二次绕组电压。 电压调整率反映了供电电压的稳定性,是变压器的一个重要性能指标。在一般变压器中,由于其绕组电阻和漏磁感抗均甚小,电压变化率是不大的,约3%--5%。 |