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變壓器簡介:

變壓器(Transformer)是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置,主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心(磁芯)。主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩壓(磁飽和變壓器)等。按用途可以分為:配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、干式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器等。

 變壓器

變壓器的功能

變壓器的功能主要有:電壓變換;電流變換,阻抗變換;隔離;穩壓(磁飽和變壓器);自耦變壓器;高壓變壓器(干式和油浸式)等,變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯,XED型,ED型CD型。


變壓器(transformer)原理

變壓器(transformer)原理:利用電磁感應原理將電能或電信號從一個電路傳遞到另一個電路的靜止器件。電子電路中的變壓器主要用于電壓幅度變換和電路負載的阻抗匹配變換。它由繞在鐵芯上的初級繞組(原組)和次級繞組(副組)組成。工作電壓自毫伏級到千伏級;輸出功率從毫瓦級到千瓦級;工作頻率從幾十赫一直到射頻;波形除正弦波外,還有矩形波、脈沖波和各種復雜的波形。常用的變壓器除一般的電源變壓器外,還有音頻變壓器、阻抗匹配變壓器、脈沖變壓器、視頻變壓器、射頻變壓器等。

變壓器結構

變壓器由鐵芯和繞組組成,有時還要加屏蔽。鐵芯是變壓器磁路的主體,它的結構形式有芯式及殼式兩類。芯式鐵芯的優點是散熱面積大,適用于較大功率;采用雙繞組芯式鐵芯時,外界磁場的干擾電勢可互相抵消,因此這種結構適用于低電平輸入變壓器。殼式的優點是結構簡單,但體積較大,一般用于小功率電源變壓器。環形(屬芯式)和盒形(屬殼式)磁路無空氣隙,所以漏磁小,受外界干擾也小,更適用于較高頻率。

繞組由漆包線和絕緣材料構成,應具有足夠的抗電強度及耐熱性。繞法有一般、交叉、分段、環形繞法等。適當選擇繞法可降低分布電容和減小漏感。
類型和應用 電子電路中應用的變壓器類型很多,根據頻率區分有電源變壓器、音頻變壓器和脈沖變壓器。
電源變壓器  用于各種電子設備和儀器。初級接入電源,次級可有多個輸出不同電壓的繞組。
音頻變壓器  主要作級間耦合、阻抗匹配和功率傳輸等。音頻變壓器包括話筒變壓器、輸入及輸出變壓器、級間變壓器、隔離變壓器等。這種變壓器的頻率響應好,對工作于音頻低端的主電感量要大;工作于音頻高端的漏感量和分布電容要小。可選擇導磁率較高的磁芯和采用分段和交叉繞法等措施來實現。
脈沖變壓器  用于計算機、雷達、電視等的脈沖電路中。主要用作脈沖電壓幅度變換、阻抗匹配、脈沖功率輸出等。當輸入為矩形脈沖時,漏感和分布電容將影響脈沖前沿抖動,而分布電容和初級電感量有可能在后沿引起振蕩;如脈沖寬度較大,則主電感量的大小將是主要的影響因素。為此,要想從次級獲得小失真和最低功耗的脈沖輸出,對鐵芯的選擇和繞組結構的要求都應比音頻變壓器嚴格,脈沖重復頻率越高,要求也越嚴。
變壓器的發展方向是:采用質量更高的磁性材料,如更薄的晶粒取向硅鋼帶材、超高導磁率的鎳鐵合金等;進一步改革結構以提高脈沖變壓器單位體積內的輸出功率和使用頻率上限;采用耐更高溫、絕緣性能更為優良的導線等。

變壓器組成部分

變壓器變壓器的主要部件有:
(1)器身:包括鐵心、繞組、絕緣部件及引線。
(2)調壓裝置:即分接開關,分為無勵磁調壓和有載調壓
(3)油箱及冷卻裝置。
(4)保護裝置:包括儲油柜、安全氣道、吸濕器、氣體繼電器、凈油器和測溫裝置等。
(5)絕緣套管。

變壓器材料

要繞制一個變壓器我們必須對與變壓器有關的材料要有一定的認識,為此這里我就介紹一下這方面的知識。
1、鐵芯材料

變壓器使用的鐵芯材料是鐵片中加入硅能降低鋼片的導電性,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,變壓器的質量所用的硅鋼片的質量有很大的關系,硅鋼片的質量通常用磁通密度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
漆包線,紗包線,絲包線 紙包線,最常用的漆包線。對于導線的要求,是導電性能好,絕緣漆層有足夠耐熱性能,并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用QZ型號的高強度的聚脂漆包線。

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,環氧板,或紙板。層間可用聚脂薄膜,電話紙,6520復合紙等作隔離,繞阻間可用黃臘布,或亞胺膜作隔離。

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,它能增強變壓器的機械強度、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 或1032絕緣漆,樹脂漆。

常用變壓器的種類及特點
一般常用變壓器的分類可歸納如下:
  (1)按相數分:
  (1)單相變壓器:用于單相負荷和三相變壓器組。
  (2)三相變壓器:用于三相系統的升、降電壓。
  (2)按冷卻方式分:
  (1)干式變壓器:依靠空氣對流進行冷卻,一般用于局部照明、電子線路等小容量變壓器。
  (2)油浸式變壓器:依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。
  (3)按用途分:
  (1)電力變壓器:用于輸配電系統的升、降電壓。
  (2)儀用變壓器:如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。
  (3)試驗變壓器:能產生高壓,對電氣設備進行高壓試驗。
  (4)特種變壓器:如電爐變壓器、整流變壓器、調整變壓器等。
  (4)按繞組形式分:
  (1)雙繞組變壓器:用于連接電力系統中的兩個電壓等級。
  (2)三繞組變壓器:一般用于電力系統區域變電站中,連接三個電壓等級。
  (3)自耦變電器:用于連接不同電壓的電力系統。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。
  (5)按鐵芯形式分:
  (1)芯式變壓器:用于高壓的電力變壓器。
  (2)非晶合金變壓器:非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料,空載電流下降約80%,是目前節能效果較理想的配電變 壓器,特別適用于農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。
  (3)殼式變壓器:用于大電流的特殊變壓器,如電爐變壓器、電焊變壓器;或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。

變壓器原理

當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時,導線中就有交變電流I1并產生交變磁通ф1,它沿著鐵芯穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2,同時ф1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢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,盡管此時次級沒接負載,初級線圈中仍有一定的電流,這個電流我們稱為“空載電流”。

如果次級接上負載,次級線圈就產生電流I2,并因此而產生磁通ф2,ф2的方向與ф1相反,起了互相抵消的作用,使鐵芯中總的磁通量有所減少,從而使初級自感電壓E1減少,其結果使I1增大,可見初級電流與次級負載有密切關系。當次級負載電流加大時I1增加,ф1也增加,并且ф1增加部分正好補充了被ф2所抵消的那部分磁通,以保持鐵芯里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗,可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據需要通過改變次級線圈的圈數而改變次級電壓,但是不能改變允許負載消耗的功率。

變壓器分類

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。
按鐵芯或線圈結構分類: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)、環型變壓器、金屬箔變壓器。
按電源相數分類: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、調壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。
按用途分類:電源變壓器、調壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。

變壓器參數

1工作頻率
變壓器鐵芯損耗與頻率關系很大,故應根據使用頻率來設計和使用,這種頻率稱工作頻率。
2額定功率
在規定的頻率和電壓下,變壓器能長期工作,而不超過規定溫升的輸出功率。
3額定電壓
指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓,工作時不得大于規定值。
4電壓比
指變壓器初級電壓和次級電壓的比值,有空載電壓比和負載電壓比的區別。
5空載電流
變壓器次級開路時,初級仍有一定的電流,這部分電流稱為空載電流。空載電流由磁化電流(產生磁通)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:
指變壓器次級開路時,在初級測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗,其次是空載電流在初級線圈銅阻上產生的損耗(銅損),這部分損耗很小。
7效率
指次級功率P2與初級功率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。

變壓器的絕緣等級

變壓器的絕緣等級,并不是絕緣強度的概念,而是允許的溫升的標準,即絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級,分A、E、B、F、H級。絕緣的溫度等級分為 A級 E級 B級 F級 H級。各絕緣等級具體允許溫升標準如下:
  最高允許溫度(℃) 105 120 130 155 180
  繞組溫升限值(K) 60 75 80 100 125
  性能參考溫度(℃) 80 95 100 120 145
 

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