电力变压器的工作原理

电力变压器的工作原理一、电力变压器的基本物理量电力变压器接于电力供电系统中，往往将接受电力网电能的一侧称为电源侧绕组，又称为—次绕组。输出电能与用电负载连接的一侧称为负载侧绕组，又称二次绕组。为了说明变压器的工作原理，先介绍以下物理量：U₁и——变压器一次侧额定电压值；U₂и——变压器二次侧额定电压值；E₁——一次侧感应电势；E₂——二次侧感应电势；I₁——一次侧绕组中电流；I₂——二次侧负载电流；N₁——一次侧绕组匝数；N₂——二次侧绕组匝数；Φм——铁芯中主磁通极大值；Iо——变压器励磁电流；Z₁——变压器一次侧阻抗；Z₂——变压器二次侧阻抗；Po——变压器空载损耗；Ｐｓс——变压器短路损耗；∫——电源频率；Sₙ——变压器功率。对于三绕组变压器，变压器一次侧的物理量加注符号1（右下角脚注）、二次侧加注2、低压侧加注3或用小写字母表示。二、单相变压器的工作原理电力变压器是变换电压、传输电功率的电器，它的一次侧与电源相连接，加上电源电压接受电力网中的电能;二次侧是输出端，与用电设备相连接，把从电源接受的电能供给用电负载。其电路与磁路的关系如图5

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1所示。当一次侧绕组接通电源时，在额定电压作用下，一次侧绕组中就有一个工频50Hz的交流电，交变的电流建立一个同频率的正弦波交变磁通，在铁芯中构成磁路，同时穿过变压器的一、二次侧绕组。当电压不变，铁芯中的磁通也维持不变，这个磁通就是主磁通。当变压器二次开路时，即变压器处于空载状态，一次绕组所流过的电流就是空载电流，空载电流与变压器一次绕组匝数Ｎ₁的乘积，即ＩₒＮ₁就是变压器的主磁势侧。根据电磁感应原理，变化的磁通穿过线圈时，就可以产生感应电动势，由于磁通中同时穿过套在同一铁芯上的两组绕组，因此，在变压器一次绕组中产生一个感应电势E₁，在二次绕组两端产生一个感应电势E₂，如果变压器一次绕组接通负载，就会在负载中有负载电流I₂流过，这样变压器就把从电源接受的电功率传给负载，输出电能，这就是变压器的基本工作原理。１.变压器的空载状态如果变压器只接通电源侧，二次负载不接人电路，这时变压器二次电流I₂=0,这种工作状态就是变压器的空载运行状态。根据愣次定律，如果励磁电流太小可忽略，则绕组的一次压降IₒZ₁也可以忽略,这时变压器一次侧的感应电动势E和电源电压可以认为大小相等、方向相反，就有以下电压平衡关系：U₁=-E₁、U₂=E₂由电磁感应定律可知，感应电势的数值是决定于磁通的变化率的，因此有下列关系:、感应电势按正弦规律变化的有效值等于其极大值除以√2，所以，有变压器的一次电压与二次电压之比叫做电压比（简称变比），即所以因此，变压器的变比是指在变压器空载时一次电压与二次电压之比，也就是一次侧绕组匝数与二次侧绕组匝数之比。2.变压器的负载工作状态如果把变压器二次回路接通，在变压器二次绕组端电压的作用下，流过负载的电流I₂就是变压器的负载电流，负载电流的大小取决于二次负载阻抗Z₂。变压器有了负载电流，就能使变压器铁芯中的磁通发生变化，负载电流I₂和变压器二次绕组匝数N₂的乘积就是二次侧磁势，这个磁势对铁芯中的磁通的作用是去磁的，它减小主磁通，因而使一次绕组中感应电势也相应减小，电源电压U₁和感应电势E₁有了差值，在这个差值电压的作用下，使一次绕组中的电流I₁加大，这时一次绕组中电流不仅是励磁电流，而增加了一部分为平衡二次去磁磁势的电流I₂（二次负载电流转换到变压器一次侧的电流值）来维持铁芯中的主磁通保持不变，二次负载电流越大，电流I₂也越大，也就是一次电流I₁越大，因此，变压器通过电磁原理把电源的电能量传输给负载。一般变压器空载电流Iₒ只占一次额定电流的2%-10%，如果忽略励磁电流时，变压器就有磁势平衡关系：I₁N₁=I₂N₂其中,I₁包含有I₂和/I₃。由此可知所以说变压器一次电流与二次电流之比等于二次匝数与一次匝数之比，也就是变比K的倒数。3.变压器的短路试验变压器的另一种工作状态是变压器的短路工作状态。当变压器一次侧接入额定电压、二次侧接入负载阻抗很小（接近于零）的负载，就是变压器的短路工作状态，例如，电焊机和电弧炉变压器,这些变压器的设计是按照短路工作状态设计的。如果电力变压器在正常负载状态运行过程中，二次负载阻抗突然变得很小甚至等于零，这种状态叫做变压器的突然短路，它是—种事故状态。变压器的突然短路，将要在一、二次绕组中产生比正常额定电流大得多的短路电流,短路电流的热作用和电动力作用可以使变压器发热超过允许的数值,并且使变压器遭到强大电动力而烧毁、损坏。因此，需要接人各种保护装置，如熔断器、继电保护及温度保护等，以保护变压器不致由于短路而损坏。为了进一步掌握变压器短路时的情况，我们通过对变压器的短路试验取得一些必要的技术参数。变压器短路试验的接线如图5-2（a）所示。调节变压器一次侧电压,使一次绕组中的电流I₁在二次绕组短路状态时的数值等于一次侧的额定电流时，所测量出的一次绕组中的端电压，称为短路电压Usc变压器铭牌上的阻抗电压，就是变压器短路电压与额定电压比值的百分数，即在实际工作中，变压器短路电压也称做短路阻抗或阻抗电压百分比,这是因为变压器在二次侧短路吋，一次