變壓器是利用電磁感應(yīng)原理傳輸電能或信號(hào)的器件。具有變壓 變流 變阻抗和隔離的作用。
一、變壓器的基本原理
當(dāng)一個(gè)正弦交流電壓U1加在初級(jí)線圈兩端時(shí),導(dǎo)線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф1,它沿著鐵心穿過初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢U2,同時(shí)ф1也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢E1,E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近,從而限制了I1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗,并且變壓器本身也有一定的損耗,盡管此時(shí)次級(jí)沒接負(fù)載,初級(jí)線圈中仍有一定的電流,這個(gè)電流我們稱為“空載電流”。
如果次級(jí)接上負(fù)載,次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流I2,并因此而產(chǎn)生磁通ф2,ф2的方向與ф1相反,起了互相抵消的作用,使鐵心中總的磁通量有所減少,從而使初級(jí)自感電壓E1減少,其結(jié)果使I1增大,可見初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí)負(fù)載電流加大時(shí)I1增加,ф1也增加,并且ф1增加部分正好補(bǔ)充了被ф2所抵消的那部分磁通,以保持鐵心里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗,可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓,但是不能改變允許負(fù)載消耗的功率。
二、變壓器的損耗
當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后,線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng),因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體,在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢,這個(gè)電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流,好象一個(gè)旋渦所以稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加,并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線,這些銅導(dǎo)線存在著電阻,電流流過時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率,這部分損耗往往變成熱量而消耗,我們稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。
由于變壓器存在著鐵損與銅損,所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率,為此我們引入了一個(gè)效率的參數(shù)來對此進(jìn)行描述,η=輸出功率/輸入功率。
三、變壓器的材料
要繞制一個(gè)變壓器我們必須對與變壓器有關(guān)的材料要有一定的認(rèn)識(shí),為此這里我就介紹一下這方面的知識(shí)。
1、鐵心材料:
變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片,高硅片,的鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性,增加電阻率,它可減少渦流,使其損耗減少。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片,變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系,硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來表示,一般黑鐵片的B值為6000-8000、低硅片為9000-11000,高硅片為12000-16000,
2、繞制變壓器通常用的材料有
漆包線,沙包線,絲包線,常用的漆包線。對于導(dǎo)線的要求,是導(dǎo)電性能好,絕緣漆層有足夠耐熱性能,并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下**用Q2型號(hào)的高強(qiáng)度的聚脂漆包線。
3、絕緣材料
在繞制變壓器中,線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離,均要使用絕緣材料,一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板制作,層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離,繞阻間可用黃臘布作隔離。
4、浸漬材料:
變壓器繞制好后,還要過最后一道工序,就是浸漬絕緣漆,它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長使用壽命,一般情況下,可采用甲酚清漆作為浸漬材料。
還有這個(gè):
變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件,當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí),鐵芯(或磁芯)中便產(chǎn)生交流磁通,使次級(jí)線圈中感應(yīng)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(gè)或兩個(gè)以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈,其余的繞組叫次級(jí)線圈。
一、分類
按冷卻方式分類:干式(自冷)變壓器、油浸(自冷)變壓器、氟化物(蒸發(fā)冷卻)變壓器。
按防潮方式分類:開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。
按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類:芯式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、殼式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。
按電源相數(shù)分類:單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。
按用途分類:電源變壓器、調(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。
二、電源變壓器的特性參數(shù)
1、工作頻率
變壓器鐵芯損耗與頻率關(guān)系很大,故應(yīng)根據(jù)使用頻率來設(shè)計(jì)和使用,這種頻率稱工作頻率。
2、額定功率
在規(guī)定的頻率和電壓下,變壓器能長期工作,而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。
3、額定電壓
指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓,工作時(shí)不得大于規(guī)定值。
4、電壓比
指變壓器初級(jí)電壓和次級(jí)電壓的比值,有空載電壓比和負(fù)載電壓比的區(qū)別。
5、空載電流
變壓器次級(jí)開路時(shí),初級(jí)仍有一定的電流,這部分電流稱為空載電流??蛰d電流由磁化電流(產(chǎn)生磁通)和鐵損電流(由鐵芯損耗引起)組成。對于50Hz電源變壓器而言,空載電流基本上等于磁化電流。
6、空載損耗
指變壓器次級(jí)開路時(shí),在初級(jí)測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗,其次是空載電流在初級(jí)線圈銅阻上產(chǎn)生的損耗(銅損),這部分損耗很小。
7、效率
指次級(jí)功率P2與初級(jí)功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大,效率就愈高。
8、絕緣電阻
表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關(guān)。
三、音頻變壓器和高頻變壓器特性參數(shù)
1、頻率響應(yīng)
指變壓器次級(jí)輸出電壓隨工作頻率變化的特性。
2、通頻帶
如果變壓器在中間頻率的輸出電壓為U0,當(dāng)輸出電壓(輸入電壓保持不變)下降到0.707U0時(shí)的頻率范圍,稱為變壓器的通頻帶B。
3、初、次級(jí)阻抗比
變壓器初、次級(jí)接入適當(dāng)?shù)淖杩筊o和Ri,使變壓器初、次級(jí)阻抗匹配,則Ro和Ri的比值稱為初、次級(jí)阻抗比。