变压器空载运行时的等效电路与相量图通过以上的分析可知,变压器的工作原理是将一次绕组的电压和电流利用电磁感应原理转换为磁路中的磁动势和磁通,经磁路再将磁路中的磁动势与磁通变换成二次绕组的电压和电流。原边与副边的电压和电流都是通过磁路转换的,没有直接的电路联系,这对于变压器的分析十分不便。因此,人们就产生了如何将原副边电路画在一起的想法,形成一个能够反映出实际变压器中各个参数之间的关系的等效电路。1.原边绕组的等效电路由变压器一次绕组电压平衡方程式知道变压器一次绕组在外接电压u1的作用下,一次绕组回路总电压由两部分构成,其中一部分是空载电流在一次侧绕组阻抗Z1上的压降Z1,而一次绕组阻抗Z1由一次绕组内阻r1和一次侧绕组的漏电抗x1σ组成,即据此,可以画出图4-9中的原边等效电路。一次绕组回路总电压的另外一部分则是空载电流在流经一次侧绕组时,在铁芯中产生的主磁通Φm而引起的压降,用感应电动势表示为。
由前面对空载电流的分析,我们知道变压器空载电流可以分为两个分量:建立主磁通Φmain所需要的励磁电流和补偿铁损耗的电流。所以说,变压器的一次侧绕组中的感应电动势实际上是由反映铁芯损耗的电压降和反映主磁通大小的电压降组成。参照漏感电动势的分析,引入一个激磁阻抗Zm,且式中:rm称为励磁电阻,空载电流在励磁电阻上的压降,就等效为由于变压器铁芯损耗而造成的电压降落;xm称为励磁电抗,空载电流在励磁电抗上的压降,就等效为铁芯中的主磁通在一次绕组中所感应的电动势的大小。所以,我们可以画出在图4-9中的原边绕组的等效电路,原边等效电路如图4-10所示。
值得指出的是,变压器空载运行等效电路中的励磁电阻rm和励磁电抗xm大小其实是随着变压器铁芯的饱和程度而变化的。但我们知道当变压器外接电压大小和频率不变时,变压器的主磁通Φm是不变的,也就是说,变压器铁芯饱和程度近似认为是不变的,则励磁电阻rm和励磁电抗xm的大小也就不变。因此,励磁阻抗Zm可以当作常数看待。