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深入解析变压器工作原理
添加时间:2013/6/26
  变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件,当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压(或电流)。变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。
  一、变压器的制作原理:
  在发电机中,不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈,均能在线圈中感应电势,此两种情况,磁通的值均不变,但与线圈相交链的磁通数量却有变动,这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应,变换电压,电流和阻抗的器件。
  二、分类
  按冷却方式分类:干式(自冷)变压器、油浸(自冷)变压器、氟化物(蒸发冷却)变压器。
  按防潮方式分类:开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
  按铁芯或线圈结构分类:芯式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、壳式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、环型变压器、金属箔变压器。
  按电源相数分类:单相变压器、三相变压器、多相变压器。
  按用途分类:电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
  三、电源变压器的特性参数
  工作频率变压器铁芯损耗与频率关系很大,故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率。
  额定功率在规定的频率和电压下,变压器能长期工作,而不超过规定温升的输出功率。
  额定电压指在变压器的线圈上所允许施加的电压,工作时不得大于规定值。
  电压比指变压器初级电压和次级电压的比值,有空载电压比和负载电压比的区别。
  空载电流变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成。对于50Hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流。
  空载损耗指变压器次级开路时,在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗,其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗(铜损),这部分损耗很小。
  效率指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大,效率就愈高。
  绝缘电阻表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。
  四、音频变压器和高频变压器特性参数
  频率响应指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。
  通频带如果变压器在中间频率的输出电压为U0,当输出电压(输入电压保持不变)下降到0.707U0时的频率范围,称为变压器的通频带B。
  初、次级阻抗比变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配,则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下,变压器工作在最佳状态,传输效率最高。
  五、低频变压器的技术参数
  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术参数有: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术参数是:变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等。
  电压比:变压器两组线圈圈数分别为N1和N2,N1为初级,N2为次级。在初级线圈上加一交流电压,在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2>N1 时,其感应电动势要比初级所加的电压还要高,这种变压器称为升压变压器:当N2 式中n 称为电压比(圈数比) 。当n<1 时,则N1>N2 ,V1>V2 ,该变压器为降压变压器。反之则为升压变压器。   
  变压器的效率: 在额定功率时,变压器的输出功率和输入功率的比值,叫做变压器的效率,即式中η为变压器的效率;P1 为输入功率,P2 为输出功率。
  当变压器的输出功率P2 等于输入功率P1 时,效率η 等于100%,变压器将不产生任何损耗。但实际上这种变压器是没有的。变压器传输电能时总要产生损耗,这种损耗主要有铜损和铁损。铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时,一部分电能就转变为热能而损耗。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损。
  变压器的铁损包括两个方面。一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化,使得硅钢片内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗了一部分电能,这便是磁滞损耗。
  另一是涡流损耗,当变压器工作时。铁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且成旋涡状,故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗。
  变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系,通常功率越大,损耗与输出功率比就越小,效率也就越高。反之,功率越小,效率也就越低。
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