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我们有两个电压抽头,它们的幅值分别为 Vs1=848,5[Vmax]和 Vs2=169,7[Vmax],还有一个传统的基本变压器,其视在功率为 S=12[KVA],变比为 n=600/120。
为了给负载提供 480 [Vrms] 的电压,变压器通过 Vs1 和 Vs2 两个插座以两种不同的方式连接,从而得到一个能够提供幅值约为 680 [Vmax] 的输出电压的自耦变压器。然后,我们评估自耦变压器输出端在 680 [Vmax] 或 480 [veff] 时的最大视在功率 S_output,并将其与传统变压器的 12 [KVA] 进行比较,以确定自耦变压器输出的功率是否小于、等于或大于传统变压器的 12 [KVA]。
我们可以看到,两个电压抽头 Vs1 和 Vs2 可以在自耦变压器的输出端产生相同的电压 480[Veff],但输出端的可用功率并不相同。
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方法:
A) 与电压源 Vs2 连接:
A.1) 变压器作为自耦变压器连接,初级连接至电压源 Vs2。
A.2) 假设电流 Io 从电压源 Vs2 流入。
A.3) Iab 在自耦变压器初级从 “a ”流向 “b”;Iad 或 Icd 在变压器次级从 “a ”流向 “d ”或从 “c ”流向 “d”。
A.4) 电流 Io、Iab 和 Icd 的方向只是假设。必须假定电流的方向,才能在电路的每个元件上画出电压箭头。
A.5) Vs2 和 Io 的箭头指向同一方向,因为 Vs2 是电压源或发电机。
A.6) 根据变压器的规则:两个电流 Iab 和 Icd 都离开了参考点,因此这些点是负的(或者说这些参考点的电位比脚的电位低)。电压箭头 V1 和 V2 的起点位于电位较低的点,这意味着 V1 和 V2 必须朝向 “C”,这也是公共点。
A.7) 源电压 Vs2 跨过自耦变压器的初级,因此 Vs2 和 V1 的幅值相等,相位也相同(0°)。
A.8) 根据 V2/V1=+n 的规则,这意味着 V1 和 V2 同相,因此 V2 的相位也是 0°。
A.9) 至于电压下陷 Vout,其方向必须使矢量和 Vout=V1+V2=480 [Veff]。这意味着 Vout 的方向必须向下,即 Vout = Vbd。因此,矢量减法:Vbd + V1 - V2 = 0 [Veff],或 Vdb + 120 - 600 = 0,Vdb = 400 [Veff]。
A.10) 现在我们将计算图转换成接线图,以便更好地了解自耦变压器的接线方式。这就是计算图下方的接线图。
A.11) 利用最大允许视在功率,我们可以推算出两个绕组中的允许电流(Iab 和 Icd)。
A.12) 利用节点定律和两个电流(Iab 和 Icd)的相位,可以推算出电流 Io。
A.13) 最后,我们计算出自耦变压器输出端的实际视在功率:S_aut_2 = 9,6 [KVA],小于 S = 12 [KVA]。
A.14) 第一个结论:Vs2=120[Veff]时,输出端可获得 Vout=480[Veff],但输出端的视在功率降低了。
B) 同样的原理和推理应用于电源 Vs1,也可得到输出端 Vout=480[Veff],输出端的视在功率为 S_auto_1=48 [KVA],即 5 *12[KVA]=48 [KVA]。
C) 最终结论 :
通过 Vs1 或 Vs2,我们可以获得相同的输出电压 Vout=480[Veff],Vs1 和 Vs2 变化 5 倍,S_auto_1 和 S_auto_2 也按相同比例变化。