1、結論:
一個耳熟能詳的結論是變壓器不能被短路,那么變壓器短路會發生什么問題,變壓器短路的原理是什么?
2、變壓器模型:
變壓器作為電氣隔離磁性元器件,理想情況下,它只是扮演一個能量傳輸的角色,我們并不希望它存儲能量,但是我們也明白,磁芯被繞上線圈就會伴隨電感的存在,變壓器原邊線圈的電感我們稱之為“勵磁電感”或者“激磁電感”,這個電感產生的磁場或磁通是能量傳輸的基礎,實際當中我們希望勵磁電感越大越好,理想情況下,勵磁電感無窮大,這樣勵磁電流會趨向于零,讓變壓器扮演真正的能量傳輸器件,而不是儲能器件。
實際變壓器模型,如下圖
如上圖表示,實際變壓器組成:
(1)勵磁電感“Lm”,是變壓器能量從原邊傳輸到副邊的基礎,原邊勵磁電感產生磁通通過磁芯傳輸到副邊,在副邊產生感應電壓“us”;下圖變壓器中勵磁電感“im”電流產生磁通“φm”;由負載決定的副邊電流“is”產生磁通“φs”以及由這個電流“is”引起的原邊電流“ip”(ip也稱為反射電流)產生的磁通“φp”是相互抵消的,磁通方向相反,所以理想變壓器是不存儲能量的,副邊和原邊是相行相消的關系,傳輸因果是負載引起的副邊電流導致原邊能量的回取,傳輸過程副邊是“主動方”,原邊是“被動方”,勵磁電感是搭建能量傳輸的“橋梁”,勵磁能量存儲在勵磁磁芯電感中,負載并不能利用它。
所以,能量傳輸是副邊消耗伴隨一個索取命令給原邊一樣,原邊扮演“能量源”角色。
(2)變壓器線圈(原邊線圈“Np”和副邊線圈“Ns”),變壓器匝比形成原邊和副邊的變壓比,熟悉的表達式如下
電壓比關系:
電流比關系:
所以實際變壓器,包含了勵磁電感和我們的理想變壓器,理想變壓器即只負責電氣隔離和能量傳輸(匝數比是調節輸出電壓)。
上面我們看了實際變壓器模型,從原理來看,原邊電流“i”是勵磁電流“im”和副邊反射電流或者原邊“ip”之和,所以勵磁電感和理想變壓器是并聯關系(節點電流的基爾霍夫定理)。
3、漏感和勵磁電感的關系:
實際勵磁電感產生的磁通,總會有少許會散漏在勵磁電感外,也并不能通過磁芯傳輸到副邊線圈,我們稱為漏磁通,形成的電感也就是我們常常提到的漏感,下圖中我們用“Lx”表示,漏感電壓和勵磁電感電壓之和是原邊電壓(up=um+ux,um是勵磁電感初去漏感兩端電壓,ux是漏感電壓),所以漏感是串聯在原邊線圈中。
4、變壓器開路情況:
變壓器開路,這里說的是變壓器副邊空載開路的情況,那么由于副邊對原邊的反射電流為零,原邊線圈只剩下勵磁電流“im”,相應磁通只有勵磁磁通“φm”,電壓比和匝數比成立。
5、變壓器短路情況:
如果變壓器短路,這里說的是變壓器副邊短路,理想情況下線圈的阻抗為零,短路意味著輸出電壓“us=0”,所以原邊線圈電壓跟著為零,由于勵磁電感和理想變壓器是并聯關系,勵磁電感電壓也為零,失去伏秒的勵磁電感,磁芯不能再被磁化,勵磁電感隨之消失,勵磁磁通隨之消失,原邊線圈變為導線,原邊電壓全部加在漏感Lx上面,電流會急劇增大,出現短路電流。
副邊一旦短路,原邊被“反射短路”或“箝位短路”,因為短路使得變壓器勵磁電感失去存在的意義,電壓關系比消失,勵磁電感電流“im”為零,原邊反射電流ip也為零,理論上剩下的就是短路電流“i”趨向于無窮大,所以變壓器不能被短路。
副邊短路,也是我們經常測試漏感的一種方法,因為副邊短路變壓器電感只剩下漏感。
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