变压器设计、制作知识2

　　空载状态工作的变压器的等效电路及矢量图示于图 1-3。

　　图中,r1 表示初级绕组直流电阻,Xsl或 Ls1 表示由初级绕组漏磁通产生的漏感抗或漏感 ,rc 为铁心损耗电阻 ,Xm 或 Lm 表示初级绕组除漏磁通外的自感抗或自感 , 又称激磁电抗。

　　空载时,初级绕组的电压降一般是很小的,所以 U1 和 E1 之值相差很小,故变压器空载电压比仍可近似等于其匝数比。即

　　U1 N1

　　U2 N2

　　对于中小功率变压器来说,由于初级漏感较小,故Xsl或 Ls1可忽略不计, 此时

　　U1 ≈-E1+I0r1 (1—9)

　　现在研究变压器在负载工作时的物理过程。

　　如果在变压器初级绕组供给电压U1 , 次级绕组与负载相连 ( 图 1-4)。这时, 次级绕组将有电流 I2 流过, 在铁心中产生磁通Φ2 , Φ2的方向应与Φ0方向相反。Φ2 穿过初级绕组后, 初级绕组便从电源取得电流 I1 , 而 I1又产生与Φ2相反的磁通Φ1.。显然,Φ2 = -Φ1 , 两个磁通相互抵消 ,结果, 磁路中只剩下一个由空载电流所建立的磁通Φ0。

　　电流 I1 的数值可依据能量守恒定律求得。如果忽略铁心和绕组的功率损耗 , 则初级绕组的功率就等 于次级绕组的功率 , 即

　　E1I1 = E2I2 (1—10)

　　所以

　　E1 I2

　　E2 I1 (1—11)

　　比较式(1—3)和式(1—11) 可得

　　N1 I2

　　N2 I1 (1—12)

　　I2N2

　　N1 (1—13)

　　上面已经确定 ,当负载电流的数值不同时,变压器铁心中的磁通是不变的。因此 ,建立该磁通的磁势也是不变的。由此可得

　　aw0 = awH (1—14)

　　式中 aw0—空载时的安匝数；

　　awH—负载时的安匝数。

　　空载时的安匝数为

　　aw0 = I0N1 (1—15)

　　在负载情况下,初、次级绕组安匝数总和为

　　awH = I1N1+ I2N2 (1—16)

　　故 I0N1 = I1N1+ I2N2 (1—17)

　　式(1—17)称为磁势平衡程式。

　　变压器带负载工作时, 除了沿铁心磁路而闭合的主磁通外, 还有沿空气而闭合的漏磁通 ΦS1 、ΦS1 (图1—4),这个磁通在初级和次级绕组中感应出漏电动势

　　ES1 = -I1XS1 (1—18)

　　ES2 = -I2XS2 (1—19)

　　当电源和变压器初级绕组构成闭合回路时,可按式(1—8)类似的方法得到

　　U1 = -E1+I1r1+ I1XS1 (1—20)

　　对于变压器次级绕组(产生电动势E2) 和负载构成的闭合回路中,可依据电动势平衡定律求得

　　E2 = -U2-Ea2-Es2-U2+I2r2+I2XS2 (1—21)

　　在电阻性或电感性负载下变压器的等效电路和矢量图见图1—5。

　　同样,对中小功率变压器,可忽略漏感搞XS1 和 XS2 ,此时

　　U1 = -E1+I1r1 (1—22)

　　E2 = -U2+I2r2 (1—23)

　　但是 ,当工作频率升高时,其漏感的影响将逐渐增大 ,因此 ,音频变压器、高频变压器、脉冲变压器必须考虑漏感的影响。

　　在等效电路计算中 , 往往把次级参数变换(又称反射或归算) 到初级,设变压器次级负载电阻为R2 ,其值为

　　U2

　　I2

　　反射到初级的电阻为R2,,其值为

　　U1

　　I1

　　由式 (1—3) 和式(1—1)经变换后得

　　R2, U1 I2 E1 I2 N1 2

　　R2 U2 I1 E2 I1 N2

　　或

　　N1 2

　　N2 (1—24)

　　若变压器次级为阻抗Z2 ,则反射到初级的阻抗Z2,为

　　N1 2

　　N2 (1—25)

　　改变(N1/N2)值,就可以改变值,这就是变压器变换阻抗的原理。