第6节 电压调节 (修订中)
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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，即使是在恒定电压输入的情况下也是如此。 (opens new window)
变化程度受初级和次级绕组电感等因素的影响，其中主要包括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，负载（理想情况下）将变压器视为恒定电压源，最好使次级电压的变化尽可能小，以应对负载电流的广泛变化。
# 1. 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二次电压的能力的方法称为变压器的_电压调节_。可以通过以下公式计算：
# 2. 什么是“满载”？
“满载”是指变压器在最大允许二次电流下运行的点。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“满负载”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 1k ohm 负载输出
频率 v(3,5) i(vi1)
6.000E+01 9.348E+00 4.674E-02 输出 200 ohm 负载
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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，并在次级绕组上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 ac 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
rload 4 5 9e12
.ac 林 1 60 60
.print ac v(2,0) i(v1)
.print ac v(3,5) i(vi1)
。结尾
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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
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因此，我们看到我们的输出（次级）电压在（实际上）空载时的范围为 9.990 伏，在我们决定称之为“满载”的点处为 9.348 伏。用这些数字计算电压调节，我们得到：
顺便说一句，这将被认为对电力变压器的监管相当差（或“松散”）。像这样为简单的电阻负载供电，一个好的电源变压器应该表现出小于 3% 的调节百分比。
感性负载往往会产生更差的电压调节条件，因此对纯电阻性负载的分析是“最佳情况”条件。
# 2.1. 需要“不良”监管的应用
然而，在某些应用中，实际上需要较差的监管。一种这样的情况是在放电照明中，其中需要升压变压器来最初产生高压 (opens new window)（对于“点燃”灯而言是必需的），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，电压调节能力较差的升压变压器就足以完成为灯调节电源的任务。
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“触发”电弧（使其启动），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提供电弧电流调节，由操作员摇动进出绕组组件。
将铁芯从绕组移开会降低绕组之间的磁耦合强度，从而降低空载次级电压_并_导致电压调节较差。
# 2.2. 铁磁谐振变压器
没有提到一种叫做_铁磁谐振变压器 (opens new window)_的不寻常装置，任何关于变压器调节的说明都不能说是完整的。
“铁磁共振”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很少或没有增加）。
虽然在不深入了解电磁理论的情况下有点难以描述，但铁磁谐振变压器是一种设计用于在持续磁芯饱和条件下运行的电力变压器。
也就是说，它的铁芯在交流周期的大部分时间里都“充满”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影响很小，这意味着次级绕组尽管电源（初级绕组）电压发生显著变化，但仍输出几乎恒定的电压。
# 2.3. 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，铁磁谐振变压器也不例外。为了对抗这种副作用，铁磁谐振变压器有一个与一个或多个电容器 (opens new window)并联的辅助次级绕组，形成一个调谐到电源频率的谐振电路。
这种“储能电路”用作滤波器以抑制由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，这可用于在输入电压损失的短暂时期（毫秒）内维持输出绕组电压' 值得花时间，但肯定比没有好）。
铁磁谐振变压器提供输出电压调节。
除了阻止饱和铁芯产生的谐波外，该谐振电路还“滤除”由次级绕组电路中的非线性（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 (opens new window)调节中提供了几个有用的特性：在输入电压发生巨大变化时输出电压恒定，电源和负载之间的谐波过滤，以及通过保持能量储备来“穿越”短暂的功率损耗的能力。它的谐振回路。
这些变压器还对过度负载和瞬态（瞬时）电压浪涌具有高度耐受性。事实上，它们的容错性如此之大，以至于有些可能会与不同步的交流电源短暂并联，从而允许负载以“先通后断”的方式从一个电源切换到另一个电源，而不会中断电源上的电源。次要方面！
# 3. 铁磁谐振变压器的已知缺点
不幸的是，这些器件也有同样值得注意的缺点：它们浪费大量能量（由于饱和磁芯中的磁滞损耗），在此过程中会产生_大量_热量，并且不能容忍频率变化，这意味着它们不能很好地工作由速度调节较差的小型发动机驱动的发电机提供动力。
谐振绕组/电容器电路中产生的电压往往非常高，需要使用昂贵的电容器，并为维修技术人员提供非常危险的工作电压。但是，某些应用可能会优先考虑铁磁谐振变压器的优点而不是其缺点。
存在半导体电路来“调节”交流电源，作为铁磁谐振设备的替代品，但就纯粹的简单性而言，没有人可以与这种变压器竞争。
# 4. 总结
- _电压调节_是衡量电源变压器在初级电压恒定且负载电流变化很大的情况下保持恒定次级电压的能力。百分比越低（接近于零），次级电压越稳定，它提供的调节就越好。
- _铁磁谐振_变压器是一种特殊的变压器，设计用于将电压调节在稳定水平，尽管输入电压变化很大。
相关练习：
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