变压器空和有载计算图

变压器可以在次级绕组上提供电压，但是在输入和输出之间传输电能需要加载

在之前的变压器教程中，我们假设变压器是理想情况下，变压器绕组中没有磁芯损耗或铜损。然而，在现实世界的变压器中，由于变压器处于“负载”状态，变压器负载总会存在损耗。但我们的意思是：变压器加载。

首先让我们看一下变压器处于这种“空载”状态时会发生什么，即没有电气负载连接到其次级绕组，因此没有二次电流流动。

当一个变压器的二次侧绕组开路时，据说它处于“空载”状态，换句话说，什么都没有连接，变压器负载为零。当交流正弦电源连接到变压器的初级绕组时，由于主电源的存在，小电流 I OPEN 将流过初级线圈绕组电压。

在二次电路断开的情况下，没有任何连接，反电动势和初级绕组电阻会限制该初级电流的流动。显然，这个空载初级电流（ Io ）必须足以保持足够的磁场以产生所需的反电动势。考虑下面的电路。

变压器“空载”条件

电表上面将指出流过初级绕组的小电流，即使次级电路是开路的。该空载初级电流由以下两个部分组成：

同相电流， I E 提供磁芯损耗（涡流和滞后）。

小电流， I M 在90 o 到设定磁通量的电压。

请注意，与变压器正常满载电流相比，此空载初级电流 Io 非常小。此外，由于铁芯中存在铁损以及初级绕组中的少量铜损， Io 并未完全落后于电源电压， Vp 90 o ，（cosφ= 0 ），会有一些小的相角差。

变压器加载示例No1

单相变压器具有2安培的能量分量 I E 和磁化分量， I M 5安培。计算空载电流 Io 和产生的功率因数。

变压器“有载”

当电气负载连接到变压器的次级绕组并且变压器负载因此大于零时，电流在次级绕组中流动并流出到负载。该次级电流是由感应的次级电压引起的，该次级电压由初级电流在磁芯中产生的磁通量建立。

次级电流 I S 由负载的特性决定，在变压器铁心中产生一个自感应的次级磁场，Φ S ，它以完全相反的方向流动主要主要领域Φ P 。这两个磁场彼此相对，导致磁场强度小于二次回路开路时单独初级绕组产生的单磁场的组合磁场。

这种组合磁场降低了反电动势初级绕组导致初级电流 I P 略微增加。初级电流继续增加，直到磁芯磁场回到其原始强度，并且为了使变压器正常工作，在初级和次级磁场之间必须始终存在平衡条件。这导致功率在初级侧和次级侧均衡并且相同。考虑下面的电路。

变压器“有载”

我们知道变压器的匝数比表明每个绕组的总感应电压与该绕组的匝数成正比，并且变压器的功率输出和功率输入也是如此等于电压乘以安培数（ V x I ）。因此：

但我们之前也知道变压器的电压比等于匝数比变压器为：“电压比=匝数比”。然后，变压器中的电压，电流和匝数之间的关系可以链接在一起，因此给出如下：

变压器比率

其中：

N P / N S = V P / V S - 表示电压比

N P / N S = I S / I P - 表示当前比率

注意电流成反比电压和匝数。这意味着在次级绕组上加载变压器时，为了在变压器绕组上保持平衡的功率电平，如果电压升高，则必须降低电流，反之亦然。换句话说，“更高的电压 - 更低的电流”或“更低的电压 - 更高的电流”。

由于变压器比率是初级和次级匝数之间的关系，每个绕组的电压，以及通过绕组的电流，我们可以重新排列上述变压器比率方程，找出任何未知电压的值（ V ）电流，（ I ）或数量转动，（ N ）如图所示。

从中抽取的总电流初级绕组的供电是空载电流的矢量和， Io 和额外的电源电流， I 1 次级变压器负载并且滞后于电源电压角度Φ。我们可以将此关系显示为相量图。

变压器加载电流

如果我们得到电流， I S 和 Io ，我们可以计算出初级电流， I P 通过以下方法。

变压器装载示例No2

单相变压器开启1000次它的初级绕组和次级绕组上的200匝。从电源获得的变压器“空载”电流为3安培，功率因数为0.2滞后。计算初级绕组电流， I P 及其相应的功率因数φ当供给变压器负载的次级电流为280安培时为0.8安培

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您可能已经注意到，初级电流的相角φ P 与次级电流相位角φ<几乎相同子>取值 。这是因为3安培的空载电流与初级绕组从电源吸取的较大的56安培相比非常小。

实际的实际寿命，变压器绕组的阻抗为 X L 和 R 。在绘制相量图时需要考虑这些阻抗，因为这些内部阻抗会导致变压器绕组内出现电压降。内部阻抗是由于绕组的电阻和称为漏磁通引起的漏电抗的电感降。这些内部阻抗如下：

因此变压器的初级和次级绕组同时具有电阻和电抗。有时，如果所有这些阻抗位于变压器的同一侧以使计算更容易，则可能更方便。可以将初级阻抗移动到次级侧或将次级阻抗移动到初级侧。 R 和 L 阻抗的组合值称为“Referred Impedances”或“Referred Values”。这里的目的是将变压器内的阻抗组合在一起，并且在我们的计算中只有一个 R 和 X L 的值，如图所示。 / p>

组合变压器阻抗

为了从变压器的一侧移动电阻另一方面，我们必须首先将它们乘以匝数比的平方（匝数比 2）。因此，例如，在匝数比为 8：1 的变压器中，将2Ω的电阻从一侧移动到另一侧将具有新的电阻值： 2x8 2 =128Ω。

请注意，如果从较高电压侧移动电阻，新电阻值将增加，如果移动电阻从较低电压侧，其新值将减少。这也适用于负载电阻和电抗。

变压器电压调节

变压器的电压调节定义为变压器负载在其时的次级端子电压的变化最大值，即在主电源电压保持恒定时施加满载。调节决定变压器内部发生的电压降（或增加），因为变压器负载变高导致负载电压过低，从而影响其性能和效率。

电压调节表示作为空载电压的百分比（或每单位）。然后，如果 E 表示空载二次电压且 V 表示满载二次电压，则变压器的百分比调节率如下：

例如，变压器在空载时输出100伏电压，满载时电压降至95伏，是5％。 E - V 的值取决于绕组的内部阻抗，包括其电阻 R ，更重要的是其交流电抗 X ，电流和相位角。

电压调节通常随着负载的功率因数变得更滞后（电感）而增加。关于变压器负载的电压调节可以是正值或负值，即以空载电压作为参考，在施加负载时调节下降，或者以满载为参考和变化

一般情况下，变压器负载较高时铁芯式变压器的调节不如壳式变压器好。这是因为壳式变压器由于线圈绕组的交错而具有更好的磁通分布。

在下一个关于变压器的教程中，我们将看看具有多个初级绕组或更多的多绕组变压器比一个次级绕组更多，看看我们如何将两个或多个次级绕组连接在一起，以便为连接的负载提供更多电压或更多电流。