变压器工作原理及消耗的无功功率的含义解释

作者:老电工2021年04月12日 10:40

有关变压器的知识,介绍了变压器的工作原理是什么,主要是电压变换原理与电流变换原理,变压器消耗的无功功率是什么意思,以及铜损与铁损的含义,下面一起来了解下。

变压器的工作原理

变压器的工作原理:基于法拉第电磁感应定律,将某一种电压、电流、相数的电能转变成另一种电压、电流、相数的电能它具有电压变换、电流变换、阻抗变换和电气隔离的功能。

变压器的结构主要由铁心和套在铁心柱上的绕组组成,一般输入电能一侧的绕组称为一次绕组,输出电能一侧的绕组称为二次绕组。

下面以单相双绕组变压器为例说明下工作原理,原理如下图:

变压器工作原理及消耗的无功功率的含义解释

1、电压变换原理

如上图(a),设一次绕组匝数为N1,二次绕组匝数为N2,在二次绕组开路时,一次绕组接上有效值为U1交流电后,有空载电流Io通过,它产生的交变磁通也穿过二次绕组;根据电磁感应定律,二次绕组两端感应产生一个交变电压,其有效值设为U2。

在不计较变压器铜损和铁损时,U1、U2分别为U1=4.44fN1φm,U2=4.44fN2φm;f是交流电频率;φm是铁芯中最大磁通量,于是得出:U1/U2≈N1/N2=K;K称为变比。

2、电流变换原理

当二次绕组上接上负载Z,二次绕组便有I2通过,一次绕组电流也从空载电流Io增大为I1,如上图(b)所示。在忽略铜损和铁损,输入功率I1U1和输出功率I2U2近似相等,即:I1U1=I2U2或I1/I2=U2/U1=1/K;上式表明,一次绕组通过的电流有效值与二次绕组所通过的电流有效值之比等于变比K的倒数,这就是变压器电流变换的原理。

变压器消耗的无功功率

1、变压器的转换效率η

指在额定功率下,变压器的输出功率与输入功率之比;即η=P2/P1×100%;事实上变压器的效率不可能达到100%,变压器在传输电能必然要产生损耗,而这种损耗主要来源于铜损和铁损。

如图:

变压器工作原理及消耗的无功功率的含义解释

2、铜损

指绕组线圈电阻所引起的损耗,电流通过线圈电阻时会发热,使部分电能转换成热能而消耗掉。

3、铁损

一是磁滞损耗,二是涡流损耗;交流磁场都会产生磁力线,在磁场与磁力线的作用下,会产生感应电动势,这些电流自动形成闭合环路,故称为涡流;另外磁芯也存在一定的电阻,所以涡流会导致磁芯发热而造成一部分电能损耗。

4、无功功率的定义

在具有纯电感的电路中,电感在半个周期的时间里把电源的能量变成磁场能量储藏起来,而在另外半个周期里又把储藏的磁场能量送还给电源。它们只是与电源进线能量的交换,并没有真正消耗能量。把电感与电源之间的能量交换的最大速度叫做无功功率,用符号Q表示,计算单位为乏兹(Var)或千乏兹(KVar)。

变压器工作需要建立交变磁磁场,才可以进行能量转换和传递,为了建立交变磁场和感应磁通而需要电功率,这个电功率称为变压器的无功功率。

注意,这里说的“无功”并不是“无用”的电功率,只不过其功率并不转化为机械能与热能。因此,变压器在供电系统中是允许存在的。

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