实变压器与等效电路
励磁支路落在电路何处
即使二次侧开路、处于空载,一次侧线圈中仍有很小的励磁电流。这个电流要流动,就必须与电源构成闭合回路;用标签把励磁支路放到三个位置上试一试,只有一个位置能让空载电流像实际那样流动。这个位置在哪里、为什么,就是本课要回答的问题。
磁通并非100%共享
理想变压器假定两个线圈完全共用磁通,但实际上一部分磁通会沿空气或油中的路径泄漏,只与一个线圈交链。这部分漏磁通与该线圈的电流成正比,因此表现为负载电流流过时产生压降的串联漏电抗 X。绕组导线的电阻 R 也加在同一串联位置上。
磁化铁心要耗励磁电流
建立磁通需要电流,交变的磁通还会使铁芯发热,产生磁滞损耗和涡流损耗。两者只要加上电压,即使空载也会存在,所以把它们作为并联支路接在一次侧端子上。把铁损归为电导 Gc、磁化归为电纳 Bm,就得到励磁导纳 Y0 = Gc - jBm。励磁电流只有额定电流的百分之几,变压器越大越小;但由于铁芯饱和,它不是正弦波,而是混有奇次谐波的畸变波形。
把二次侧折算到一次侧,合成一个电路
用匝数比 a 把二次侧阻抗折算为 a²Z2,串联支路就合并为 Req = R1 + a²R2、Xeq = X1 + a²X2。励磁导纳通常很小,所以可以把它移到输入端子处,用近似等效电路简化计算。串联支路表示铜损和电压降,并联支路表示铁损和空载电流;实际参数通过二次侧开路的空载试验测得并联支路,通过二次侧短路的短路试验测得串联支路。
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空载电流像实际那样流动的位置只有并联。把励磁支路串联时,二次侧开路的瞬间回路断开,电流为 0;并联时它与电源构成闭合回路,仍留有很小的励磁电流。按位置区分非理想因素,得到的正是等效电路:负载电流流过的绕组电阻和漏电抗是串联的,加在电压两端、空载时也存在的铁损和磁化电流是并联的。
等效电路是把变压器性能变成数字的工具。串联支路的铜损和并联支路的铁损决定效率,串联阻抗上的电压降决定电压调整率。下一课用这两种损耗直接计算最大效率条件和电压调整率(MC-A5)。同样的串联 · 并联划分,在旋转电机的等效电路中也会原样重复。