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變壓器知識之補充變壓器工作原理

编辑:│ 发表时间: 2011/6/14│ 浏览次数:5650
  變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件,當初級線圈中通有交流電流時,鐵芯(或磁芯)中便産生交流磁通,使次級線圈中感應出電壓(或電流)。
  變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成,線圈有兩個或兩個以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級線圈,其余的繞組叫次級線圈。 
2.理想變壓器
  不計一次、二次繞組的電阻和鐵耗,
  其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器
  描述理想變壓器的電動勢平衡方程式爲
  e1(t) = -N1 d φ/dt
  e2(t) = -N2 d φ/dt
  若一次、二次繞組的電壓、電動勢的瞬時值均按正弦規律變化,
  則有
  不計鐵芯損失,根據能量守恒原理可得
  由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關系
  令 K=N1/N2,称为匝比(亦称电压比),则
  二.變壓器的結構簡介
  1.鐵芯
  铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高,厚度分别为 0.35 mm\0.3mm\0.27 mm,
  表面塗有絕緣漆的熱軋或冷軋矽鋼片疊裝而成
  鐵芯分爲鐵芯柱和橫片倆部分,鐵芯柱套有繞組;橫片是閉合磁路之用
  鐵芯結構的基本形式有心式和殼式兩種
  2.繞組
  繞組是變壓器的電路部分,
  它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成
  變壓器的基本原理是電磁感應原理,現以單相雙繞組變壓器爲例說明其基本工作原理:當一次側繞組上加上電壓Ú1時,流過電流Í1,在鐵芯中就産生交變磁通Ø1,這些磁通稱爲主磁通,在它作用下,兩側繞組分別感應電勢É1,É2,感應電勢公式爲:E=4.44fNØm
  式中:E--感應電勢有效值
  f--頻率
  N--匝數
  Øm--主磁通最大值
  由于二次繞組與一次繞組匝數不同,感應電勢E1和E2大小也不同,當略去內阻抗壓降後,電壓Ú1和Ú2大小也就不同。
  當變壓器二次側空載時,一次側僅流過主磁通的電流(Í0),這個電流稱爲激磁電流。當二次側加負載流過負載電流Í2時,也在鐵芯中産生磁通,力圖改變主磁通,但一次電壓不變時,主磁通是不變的,一次側就要流過兩部分電流,一部分爲激磁電流Í0,一部分爲用來平衡Í2,所以這部分電流隨著Í2變化而變化。當電流乘以匝數時,就是磁勢。
  上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用,变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。   变压器技术参数 对不同类型的变压器都有相应的技术要求,可用相应的技术参数表示.如电源变压器的主要技述参数有:额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能,对于一般低频变压器的主要技述参数是:变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等.
  A.電壓比
  變壓器兩組線圈圈數分別爲N1和N2,N1爲初級,N2爲次級.在初級線圈上加一交流電壓,在次級線圈兩端就會産生感應電動勢.當N2>N1時,其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高,這種變壓器稱爲升壓變壓器:當N2  U1/U2=N1/N2
  式中n称为电压比(圈数比).当n<1时,则N1>N2,U1>U2,该变压器为降压变压器.反之则为升压变压器.   另有电流之比I1/I2=N2/N1
  電功率P1=P2
  注意上面的式子只在理想變壓器只有一個副線圈時成立
  当有两个副线圈时P1=P2+P3,U1/N1=U2/N2=U3/N3,电流则须利用电功率的关系式去求,有多个时依此推类   B.变压器的效率
  大功率高壓配電變壓器
  在額定功率時,變壓器的輸出功率和輸入功率的比值,叫做變壓器的效率,即
  η=(P2÷P1)x100%
  式中η爲變壓器的效率;P1爲輸入功率,P2爲輸出功率。
  當變壓器的輸出功率P2等于輸入功率P1時,效率η等于100%,變壓器將不産生任何損耗。但實際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時總要産生損耗,這種損耗主要有銅損和鐵損。
  銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當電流通過線圈電阻發熱時,一部分電能就轉變爲熱能而損耗。由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成,因此稱爲銅損。
  變壓器的鐵損包括兩個方面:一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器矽鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化,使得矽鋼片內部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗。另一是渦流損耗,當變壓器工作時,鐵芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會産生感應電流,由于此電流自成閉合回路形成環流,且成旋渦狀,故稱爲渦流。渦流的存在使鐵芯發熱,消耗能量,這種損耗稱爲渦流損耗。
  變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關系,通常功率越大,損耗與輸出功率就越小,效率也就越高。反之,功率越小,效率也就越低。
  C.變壓器的功率
  變壓器鐵芯磁通和施加的電壓有關。在電流中勵磁電流不會隨著負載的增加而增加。雖然負載增加鐵芯不會飽和,將使線圈的電阻損耗增加,超過額定容量由于線圈産生的熱量不能及時的散出,線圈會損壞,假如你用的線圈是由超導材料組成,電流增大不會引起發熱,但變壓器內部還有漏磁引起的阻抗,但電流增大,輸出電壓會下降,電流越大,輸出電壓越低,所以變壓器輸出功率不可能是無限的。假如你又說了,變壓器沒有阻抗,那麽當變壓器流過電流時會産生特別大電動力,很容易使變壓器線圈損壞,雖然你有了一台功率無限的變壓器但不能用。只能這樣說,隨著超導材料和鐵芯材料的發展,相同體積或重量的變壓器輸出功率會增大,但不是無限大!

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