電力變壓器接于電力供電系統(tǒng)中,往往將接受電力網(wǎng)電能的一側(cè)稱為電源側(cè)繞組,又稱為—次繞組。輸出電能與用電負載連接的一側(cè)稱為負載側(cè)繞組,又稱二次繞組。為了說明變壓器的工作原理,小編先介紹以下物理量:
U?и——變壓器一次側(cè)額定電壓值;
U?и——變壓器二次側(cè)額定電壓值;
E?——一次側(cè)感應電勢;
E?——二次側(cè)感應電勢;
I?——一次側(cè)繞組中電流;
I?——二次側(cè)負載電流;
N?——一次側(cè)繞組匝數(shù);
N?——二次側(cè)繞組匝數(shù);
Φм——鐵芯中主磁通極大值;
Iо——變壓器勵磁電流;
Z?——變壓器一次側(cè)阻抗;
Z?——變壓器二次側(cè)阻抗;
Po——變壓器空載損耗;
Psс——變壓器短路損耗;
∫——電源頻率;
S?——變壓器功率。
對于三繞組變壓器,變壓器一次測的物理量加注符號1(右下角腳注)、二次側(cè)加注2、低壓側(cè)加注3或用小寫字母表示。
一、單相變壓器的工作原理
電力變壓器是變換電壓、傳輸電功率的電器,它的一次側(cè)與電源相連接,加上電源電壓接受電力網(wǎng)中的電能;二次側(cè)是輸出端,與用電設備相連接,把從電源接受的電能供給用電負載。其電路與磁路的關系。
當一次側(cè)繞組接通電源時,在額定電壓作用下,一次側(cè)繞組中就有一個工頻50Hz的交流電,交變的電流建立一個同頻率的正弦波交變磁通,在鐵芯中構(gòu)成磁路,同時穿過變壓器的一、二次側(cè)繞組。當電壓不變,鐵芯中的磁通也維持不變,這個磁通就是主磁通。當變壓器二次開路時,即變壓器處于空載狀態(tài),一次繞組所流過的電流就是空載電流,空載電流與變壓器一次繞組匝數(shù)N?的乘積,即I?N?就是變壓器的主磁勢側(cè)。
根據(jù)電磁感應原理,變化的磁通穿過線圈時,就可以產(chǎn)生感應電動勢,由于磁通中同時穿過套在同一鐵芯上的兩組繞組,因此,在變壓器一次繞組中產(chǎn)生一個感應電勢E?,在二次繞組兩端產(chǎn)生一個感應電勢E?,如果變壓器一次繞組接通負載,就會在負載中有負載電流I?流過,這樣變壓器就把從電源接受的電功率傳給負載,輸出電能,這就是變壓器的基本工作原理。
二、變壓器的負載工作狀態(tài)
如果把變壓器二次回路接通,在變壓器二次繞組端電壓的作用下,流過負載的電流I?就是變壓器的負載電流,負載電流的大小取決于二次負載阻抗Z?。變壓器有了負載電流,就能使變壓器鐵芯中的磁通發(fā)生變化,負載電流I?和變壓器二次繞組匝數(shù)N?的乘積就是二次側(cè)磁勢,這個磁勢對鐵芯中的磁通的作用是去磁的,它減小主磁通,因而使一次繞組中感應電勢也相應減小,電源電壓U?和感應電勢E?有了差值,在這個差值電壓的作用下,使一次繞組中的電流I?加大,這時一次繞組中電流不僅是勵磁電流,而增加了一部分為平衡二次去磁磁勢的電流I?(二次負載電流轉(zhuǎn)換到變壓器一次側(cè)的電流值)來維持鐵芯中的主磁通保持不變,二次負載電流越大,電流I?也越大,也就是一次電流I?越大,因此,變壓器通過電磁原理把電源的電能量傳輸給負載。一般變壓器空載電流I?只占一次額定電流的2% - 10%,如果忽略勵磁電流時,變壓器就有磁勢平衡關系:I?N?=I?N?其中,I?包含有I?和/I?。
所以說變壓器一次電流與二次電流之比等于二次匝數(shù)與一次匝數(shù)之比,也就是變比K的倒數(shù)。
三、變壓器的短路試驗
變壓器的另一種工作狀態(tài)是變壓器的短路工作狀態(tài)。當變壓器一次側(cè)接入額定電壓、二次側(cè)接入負載阻抗很小(接近于零)的負載,就是變壓器的短路工作狀態(tài),例如,電焊機和電弧爐變壓器,這些變壓器的設計是按照短路工作狀態(tài)設計的。如果電力變壓器在正常負載狀態(tài) 運行過程中,二次負載阻抗突然變得很小甚至等于零,這種狀態(tài)叫做變壓器的突然短路,它是—種事故狀態(tài)。變壓器的突然短路,將要在一、二次繞組中產(chǎn)生比正常額定電流大得多的短路電流,短路電流的熱作用和電動力作用可以使變壓器發(fā)熱超過允許的數(shù)值,并且使變壓器遭到強大電動力而燒毀、損壞。因此,需要接人各種保護裝置,如熔斷器、繼電保護及溫度保護等,以保護變壓器不致由于短路而損壞。進行短路試驗時,功率表所測量的數(shù)值稱為銅損,通常是將測量數(shù)據(jù)換算到75℃時的數(shù)值,標于變壓器的銘牌上。