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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

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。

待续...

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