【文章內(nèi)容簡介】 e. We say that the load impedance is reflected or referred to the primary. It is this property of transformers that is used in impedancematching applications. 4. TRANSFORMERS UNDER LOAD The primary and secondary voltages shown have similar polarities, as indicated by the “dotmaking” convention. The dots near the upper ends of the windings have the same meaning as in circuit theory。 the marked terminals have the same polarity. Thus when a load is connected to the secondary, the instantaneous load current is in the direction shown. In other words, the polarity markings signify that when positive current enters both windings at the marked terminals, the MMFs of the two windings add. In general, it will be found that the transformer reacts almost instantaneously to keep the resultant core flux essentially constant. Moreover, the core flux φ0 drops very slightly between n o load and full load (about 1 to 3%), a necessary condition if Ep is to fall sufficiently to allow an increase in Ip. On the primary side, Ip’ is the current that flows in the primary to balance the demagizing effect of Is. Its MMF NpIp’ sets up a flux linking the primary only. Since the core flux φ0 remains constant. I0 must be the same current that energizes the transformer at no load. The primary current Ip is therefore the sum of the current Ip’ and I0. Because the noload current is relatively small, it is correct to assume that the primary ampereturns equal the secondary ampereturns, since it is under this condition that the core flux is essentially constant. Thus we will assume that I0 is negligible, as it is only a small ponent of the fullload current. When a current flows in the secondary winding, the resulting MMF (NsIs) creates a separate flux, apart from the flux φ0 produced by I0, which links the secondary winding only. This flux does no link with the primary winding and is therefore not a mutual flux. In addition, the load current that flows through the primary winding creates a flux that links with the primary winding only。 it is called the primary leakage flux. The secondary leakage flux gives rise to an induced voltage that is not counter balanced by an equivalent induced voltage in the primary. Similarly, the voltage induced in the primary is not counterbalanced in the secondary winding. Consequently, these two induced voltages behave like voltage drops, generally called leakage reactance voltage drops. Furthermore, each winding has some resistance, which produces a resistive voltage drop. When taken into account, these additional voltage drops would plete the equivalent circuit diagram of a practical transformer. Note that the magizing branch is shown in this circuit, which for our purposes will be disregarded. This follows our earlier assumption that the noload current is assumed negligible in our calculations. This is further justified in that it is rarely necessary to predict transformer performance to such accuracies. Since the voltage drops are all directly proportional to the load current, it means that at noload conditions there will be no voltage drops in either winding. WonCheol Yun ， Zhong Xiang Zhang Electric power grid interconnection in Northeast Asia Energy Policy 34 (2020) 2298– 2309 變壓器 摘要 ： 變壓器是變電所的主要設(shè)備，功能是實現(xiàn)電網(wǎng)電壓的等級變換，基本工 作原理是電磁感應(yīng)。 變配電所是實現(xiàn)電壓等級變換和電能分配的場所。對供電電源進(jìn)行電壓等級變換，應(yīng)對電能進(jìn)行重新分配的場所稱為變電所。 建筑變電所是供配電系統(tǒng)的樞紐，供電電源由電網(wǎng)引到變電所，在變電所完成降壓，電能分配等功能。 關(guān)鍵詞 : 變電所；變壓器；繼電保護(hù)； 1. 介紹 要從遠(yuǎn)端發(fā)電廠送出電能，必須應(yīng)用高壓輸電。因為最終的負(fù)荷，在一些點高電壓必須降低。變壓器能使電力系統(tǒng)各個部分運行在電壓不同的等級。本文我們討論的原則和電力變壓器的應(yīng)用。 2. 雙繞組變壓器 變壓器的最簡單形式包括兩個磁通相互耦合的固定線圈。 兩個線圈之所以相互耦合，是因為它們連接著共同的磁通。 在電力應(yīng)用中，使用層式鐵芯變壓器 (本文中提到的 )。 變壓器 是 高效率的 ，因為它沒有旋轉(zhuǎn)損失， 因此 在電壓等級轉(zhuǎn)換的過程中，能量損失比較少 。典型的效率范圍在 92 到 99%， 上限值適用于大功率變壓器。 從交流電源流入電流的一側(cè)被稱為變壓器的一次側(cè)繞組或者是原邊。它在鐵圈中建立了磁通 φ，它的幅值和方向都會發(fā)生周期性的變化。磁通連接的第二個繞組被稱為變壓器的二次側(cè)繞組或者是副邊。磁通是變化的；因此依據(jù)楞次定律，電磁感應(yīng)在 二次側(cè)產(chǎn)生了電壓。變壓器在原邊接收電能的同時也在向 副邊所帶的負(fù)荷輸送電能。這就是變壓器的作用。 3. 變壓器的工作原理 當(dāng) 二次側(cè)電路開路是，即使原邊被施以正弦電壓 Vp，也是沒有能量轉(zhuǎn)移的。外加電壓在一次側(cè)繞組中產(chǎn)生一個小電流 Iθ。這個空載電流有兩項功能：（ 1）在鐵芯中產(chǎn)生電磁通，該磁通在零和 ? φm 之間做正弦變化， φm 是鐵芯磁通的最大值；（ 2）它的一個分量說明了鐵芯中的渦流和磁滯損耗。這兩種相關(guān)的損耗被稱為鐵芯損耗。 變壓器空載電流 Iθ 一般大約只有滿載電流的 2%— 5%。因為在空載時，原邊繞組中的 鐵芯相當(dāng)于一個很大的電抗，空載電流的相位大約將滯后于原邊電壓相位 90186。顯然可見電流分量 Im= I0sinθ0，被稱做勵磁電流，它在相位上滯后于原邊電壓 VP 90186。就是這個分量在鐵芯中建立了磁通；因此磁通 φ 與 Im 同相。 第二個分量 Ie=I0sinθ0，與原邊電壓同相。這個電流分量向鐵芯提供用于損耗的電流。兩個相量的分量和代表空載電流，即 I0 = Im+ Ie 應(yīng)注意的是空載電流是畸變和非正弦形的。這種情況是非線性鐵芯材料造成的。 如果假定變壓器中沒有其他的電能損耗一次側(cè)的感應(yīng)電動勢 Ep 和二次側(cè)的感應(yīng)電壓 Es 可以表示出來。因為一次側(cè)繞組中的磁通會通過二次繞組，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，二次側(cè)繞組中將產(chǎn)生一個電動勢 E，即 E=NΔφ/Δt。相同的磁通會通過原邊自身，產(chǎn)生一個電動勢 Ep。正如前文中討論到的，所產(chǎn)生的電壓必定滯后于磁通90186。，因此，它于施加的電壓有 180186。的相位差。因為沒有電流流過二次側(cè)繞組， Es=Vs。一次側(cè)空載電流很小，僅為滿載電流的百分之幾。因此原邊電壓很小，并且 Vp 的值近乎等于 Ep。原邊的電壓和它產(chǎn)生的磁通波形是正弦形的；因此產(chǎn)生電動勢 Ep 和Es 的值是做正弦變化的。產(chǎn)生電壓的平均值如下 Eavg = turns給 定 時 間 內(nèi) 磁 通 變 化 量給 定 時 間 即是法拉第定律在瞬時時間里的應(yīng)用。它遵循 Eavg = N 21/(2 )mf? = 4fNφm 其中 N 是指線圈的匝數(shù)。從交流電原理可知，有效值是一個正弦波，其值為 平均電壓的 倍；因此 E = 因為一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的磁通相等，所以繞組中每匝的電壓也相同。因此 Ep = 并且 Es = 其中 Np 和 Es 是一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞 組的匝數(shù)。一次側(cè)和二次側(cè)電壓增長的比率稱做變比。用字母 a 來表示這個比率，如下式 a = psEE = psNN 假設(shè)變壓器輸出電能等于其輸入電能 —— 這個假設(shè)適用于高效率的變壓器。實際上我們是考慮一臺理想 狀態(tài)下的變壓器；這意味著它沒有任何損耗。因此 Pm = Pout 或者 VpIp primary PF = VsIs secondary PF 這里 PF 代表功率因素。在上面公式中一次側(cè)和二次側(cè)的功率因素是相等 的；因此 VpIp = VsIs 從上式我們可以得知 psVV = psII ≌ psEE ≌ a 它表明端電壓比等于匝數(shù)比，換句話說，一次側(cè)和二次側(cè)電流比與匝數(shù)比成反比。匝數(shù)比可以衡量二次側(cè)電壓相對于一次惻電壓是升高或者是降低。為了計算電壓，我們需要更多數(shù)據(jù)。 終端電壓的比率變化有些根據(jù) 負(fù) 載和它的功率因素。 實際 上 , 變比 從 標(biāo)識牌數(shù)據(jù) 獲得 , 列出在 滿載 情況下 原邊 和 副邊 電壓。 當(dāng)副邊電壓 Vs 相對于原邊電壓減小時，這個變壓器就叫做降壓變壓器。如果這個電壓是升高的，它就是一個升壓變壓器。在一個降壓變壓器中傳輸變比 a 遠(yuǎn)大于 1(a)，同樣的，一個升壓變壓器的變比小于 1(a)。當(dāng) a=1 時，變壓器的二 次側(cè)電壓就等于起一次側(cè)電壓。這是一種特殊類型的變壓器，可被應(yīng)用于當(dāng)一次側(cè)和二次側(cè)需要相互絕緣以維持相同的電壓等級的狀況下。因此，我們把這種類型的變壓器稱為絕緣型變壓器。 顯然，鐵芯中的電磁通形成了連接原邊和副邊的回路。在第四部分我們會了解到當(dāng)變壓器帶負(fù)荷運行時 一次側(cè)繞組電流是如何隨著二次側(cè)負(fù)荷電流變化而變化的。 從電源側(cè)來看變壓器，其阻抗可認(rèn)為等于 Vp / Ip。從等式 psVV = psII ≌ psEE ≌ a中我們可知 Vp = aVs 并且 Ip = Is/a。根據(jù) Vs 和 Is，可得 Vp 和 Ip 的比例是 ppVI = /ssaVIa = 2ssaVI 但是 Vs / I