电压调节

正如我们在本章前面的一些 SPICE 分析中看到的那样，变压器的输出电压会随着负载电阻的变化而发生一些变化，即使是恒定电压输入也是如此。

差异程度受初级和次级绕组电感等因素的影响，其中最重要的是绕组电阻和初级和次级绕组之间的互感（磁耦合）程度。

对于电力变压器应用，变压器被负载（理想情况下）视为恒定电压源，对于负载电流的大范围变化，次级电压的变化尽可能小是好的。

电压调节公式

衡量电力变压器在负载电流范围内保持恒定次级电压的程度的度量称为变压器的电压调节 .可以通过以下公式计算：

什么是“满载”？

“满载”是指变压器以最大允许二次电流运行的点。该工作点将主要由绕组线尺寸（载流量）和变压器冷却方法决定。

以我们的第一个 SPICE 变压器仿真为例，让我们比较 1 kΩ 负载与 200 Ω 负载的输出电压（假设 200 Ω 负载将是我们的“满载”条件）。回想一下，我们的恒定初级电压是 10.00 伏交流电：

频率 v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E+00 9.962E-03 输出 1k ohm 负载 频率 v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.348E+00 4.674E-02 输出 200 ohm 负载 

请注意输出电压如何随着负载变重（更多电流）而降低。现在让我们采用相同的变压器电路，并在次级绕组两端放置一个非常高的负载电阻来模拟“空载”条件：（参见“变压器”香料列表）

变压器 v1 1 0 交流 10 罪 rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 100 l2 3 5 100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 交流 0 加载 4 5 9e12 .ac 林 1 60 60 .print ac v(2,0) i(v1) .print ac v(3,5) i(vi1) 。结尾 

频率 v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 2.653E-04 频率 v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.990E+00 1.110E-12 输出（几乎）空载 

因此，我们看到我们的输出（次级）电压在（几乎）空载时跨越了 9.990 伏特的范围，在我们决定称之为“满载”时为 9.348 伏特。用这些数字计算电压调节，我们得到：

顺便说一下，对于电力变压器来说，这将被认为是相当差的（或“松散的”）调节。为这样一个简单的阻性负载供电，一个好的电源变压器应该表现出小于3%的调节百分比。

感性负载往往会造成电压调节较差的条件，因此这种对纯电阻性负载的分析是“最佳情况”。

需要“差”监管的应用

然而，在某些应用中，实际上需要较差的调节。一种情况是在放电照明中，需要升压变压器最初产生高压（必须“点燃”灯），然后一旦灯开始汲取电流，电压就会下降。

这是因为在通过电弧路径建立电流后，放电灯的电压要求往往要低得多。在这种情况下，稳压差的升压变压器就可以很好地完成对灯的功率调节任务。

另一个应用是交流弧焊机的电流控制，它只不过是为焊接过程提供低压、大电流电源的降压变压器。

需要高电压来帮助“点燃”电弧（启动它），但与放电灯一样，一旦空气被加热到电离点，电弧就不需要那么多的电压来维持自身。因此，在高负载电流下降低次级电压将是一件好事。

一些弧焊机设计通过变压器中的可移动铁芯来调节电弧电流，由操作员将其推入或拉出绕组组件。

将铁芯从绕组移开会降低绕组之间的磁耦合强度，从而降低空载二次电压和 导致电压调节较差。

铁磁变压器

如果不提及称为铁磁变压器的不寻常装置，就不能说对变压器调节的说明是完整的 .

“铁磁谐振”是一种与铁芯在磁饱和点附近工作时的行为相关的现象（铁芯被强烈磁化，绕组电流的进一步增加导致磁通量的增加很少或没有增加）。

虽然在不深入电磁理论的情况下有些难以描述，但铁磁谐振变压器是一种电力变压器，设计用于在持续磁芯饱和的条件下运行。

也就是说，它的铁芯在交流周期的大部分时间里都充满了磁通线，因此电源电压（初级绕组电流）的变化对铁芯的磁通密度几乎没有影响，这意味着次级绕组尽管电源（初级绕组）电压变化很大，但输出几乎恒定的电压。

铁磁谐振变压器中的谐振电路

通常，变压器中的磁芯饱和会导致正弦波形失真，铁磁变压器也不例外。为了对抗这种副作用，铁磁变压器有一个辅助次级绕组与一个或多个电容器并联，形成一个调谐到电源频率的谐振电路。

这种“储能电路”用作过滤器，以抑制磁芯饱和产生的谐波，并提供以交流振荡形式存储能量的额外好处，可用于在输入电压损失（毫秒）的短时间内维持输出绕组电压' 值得花时间，但总比没有好。

Ferroresonant 变压器提供输出电压调节。

除了阻止饱和磁芯产生的谐波之外，该谐振电路还“滤除”次级绕组电路中非线性（开关）负载产生的谐波频率以及电源电压中存在的任何谐波，为负载提供“清洁”电源.

铁磁谐振变压器在交流电源调节中提供了几个有用的特性：在输入电压发生显着变化的情况下输出电压恒定，电源和负载之间的谐波过滤，以及通过保持能量储备来“渡过”短暂的电力损失的能力其谐振回路。

这些变压器还高度耐受过度负载和瞬态（瞬时）电压浪涌。事实上，它们的容差很大，以至于有些可能会与不同步的交流电源短暂并联，允许负载以“先接后断”的方式从一种电源切换到另一种电源，而不会中断电源二次侧！

铁磁谐振变压器的已知缺点

不幸的是，这些设备也有同样值得注意的缺点：它们浪费了大量能量（由于饱和磁芯中的磁滞损耗），产生了显着 过程中产生热量，并且不能容忍频率变化，这意味着它们在由调速较差的小型发动机驱动发电机供电时不能很好地工作。

谐振绕组/电容器电路中产生的电压往往非常高，需要昂贵的电容器，并且会给维修技术人员带来非常危险的工作电压。但是，某些应用可能会优先考虑铁磁变压器的优点而不是缺点。

半导体电路的存在是为了“调节”交流电源，作为铁磁谐振设备的替代品，但就其简单性而言，没有一种可以与这种变压器相媲美。

评论：

• 电压调节 是衡量电源变压器在初级电压恒定和负载电流变化范围大的情况下如何保持恒定次级电压的指标。百分比越低（接近于零），次级电压越稳定，提供的调节效果越好。
• 一个ferroresonant 变压器是一种特殊的变压器，设计用于在输入电压变化很大的情况下将电压调节到稳定水平。

相关工作表：

• 稳压电源工作表
• 基本 AC-DC 电源工作表