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变压器的制作原理

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变压器的制作原理

浏览量:106   时间:2019-05-07

一、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?#26234;?#20917;,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。
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。
  理想变压器 
  不计一次、二次绕组的电阻和铁耗, 
  其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器 
  描述理想变压器的电动势平衡方程式为 
  e1(t) = -N1 d φ/dt 
  e2(t) = -N2 d φ/dt 
  若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化, 
  则有 
  不计铁心损失,根据能量守恒原理可得 
  由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系 
  令 K=N1/N2,称为匝比(亦称电压比)

                       

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.变压器的结构简介 
  1.铁心 
  铁心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, 
  表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅?#21046;?/span>叠装而成 
  铁心分为铁心柱和横片俩部分,铁心柱套有绕组;横片是闭合磁?#20998;?#29992; 
  铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 
  2.绕组 
  绕组是变压器的电路部分, 
  它是用双丝包绝?#24403;?#32447;或漆包圆线绕成 
  变压器的基本原理是电磁感应原理,现以单相双绕组变压器为例?#24471;?#20854;基本工作原理:当一次侧绕组上?#30001;?#30005;压ú1时,流过电流í1,在铁芯中就产生交变磁通?1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势é1,é2,感应电势公式为:E=4.44fN?m 
  式中:E--感应电势有效值 
  f--频率 
  N--匝数 
  ?m--主磁通最大值 
  由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势E1和E2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压ú1?#36890;?大小也就不同。 
  当变压器二次侧空载时,一次侧仅流过主磁通的电流(í0),这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流í2时,也在铁芯中产生磁通,力图改变主磁通,但一次电压不变时,主磁通是不变的,一次侧就要流过两部分电流,一部分为激磁电流í0,一部分为用来平衡í2,所以这部分电流随着í2变化而变化。当电流乘以匝数时,就是磁势。 
  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、?#24459;?/span>电压调整率、绝缘性能?#22836;?#28526;性能,对于?#35805;?#20302;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?#23454;?/span>.

A.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?#21496;?#20250;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<n1时,其感应电动势低于初级电压,这种变压器称为降变压器.初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系:
  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
  电功率P1=P2
  注意上面的式子只在理想变压器只有一个副线圈时成立
  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?#26469;?#25512;类
  

B.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
  η=(P2÷P1)x100%
  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?#23548;?#19978;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?#35805;?#37117;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?#21046;?#30340;磁力线其方向和大小随之变化,使得硅?#21046;?#20869;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?#36763;?#25439;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,?#39029;?#26059;涡状,故称为?#36763;??#36763;?#30340;存在?#22266;?#33455;发热,消耗能量,这种损耗称为?#36763;?#25439;耗.
  变压器的效率与变压器的功?#23454;?#32423;有密切关系,通常功率越大,损耗与输出功?#31034;馱叫。?#25928;率也就越高.反之,功率?#21483;。?#25928;率也就越低.
  

C变压器的功率


  变压器铁心磁通和施加的电压有关。在电流中励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然负载增加铁心不会饱和,将使线圈的电阻损耗增加,超过额定容量由于线圈产生的热量不能及时的散出,线圈会损坏,假如你用的线圈是由超导材料组成,电流增大不会引起发热,但变压器内部还有漏磁引起的阻抗,但电流增大,输出电压会下降,电流越大,输出电压越低,所以变压器输出功?#20160;?#21487;能是无限的。假如你又说了,变压器没有阻抗,那么当变压器流过电流时会产生特别大电动力,很容?#36164;?#21464;压器线圈损坏,虽然你有了一台功率无限的变压器但不能用。只能这样说,随着超导材料和铁心材料的发展,相同体积或重量的变压器输出功率会增大,但不是无限大!
   

怎样判别电源变压器参数


  
  电源变压器标称功率、电压、电流等参数的标记,?#31449;?#20250;脱落或消失。有的市售变压器根本不标注任何参数。这给使?#20040;?#26469;极大不便。下面介绍无标记电源变压器参数的判别方法。此方法?#21277;?#36141;电源变压器也有参?#25216;?#20540;。 
  一、识别电源变压器 
  ?#20445;?/span> 从外形识别 常用电源变压器的铁芯有E形和C形两种。E形铁芯变压器呈壳式结构(铁芯包裹线圈),采用D41、D42优质硅?#21046;?#20316;铁芯,应用广泛。C形铁芯变压器用冷轧硅钢带作铁芯,磁漏小,体积小,?#24066;?#24335;结构(线圈包裹铁芯)。 
  2. 从绕组引出端子数识别 电源变压器常见的有两个绕组,即一个初级和一个次?#24230;?#32452;,因此有四个引出端。有的电源变压器为?#20048;?/span>交流声及其他干扰,初、次?#24230;?#32452;间往往加一屏蔽层,其屏蔽层是接地端。因此,电源变压器接线端子至少是4个。 
  ?#24120;?/span> 从硅?#21046;?#30340;叠片方式识别 E形电源变压器的硅?#21046;?#26159;交*插入的,E片和I片间不留空气隙,整个铁芯严丝合缝。音频输入、输出变压器的E片和I片之间留有?#27426;?#30340;空气隙,这是区别电源和音频变压器的最直观方法。至于C形变压器,?#35805;?#37117;是电源变压器。 
  二、功率的估算 
  电源变压器传输功率的大小,取决于铁芯的材料和横截面积。所谓横截面积,不论是E形壳式结构,或是E形芯式结构(包括C形结构),均是指绕组所包裹的那段芯柱的横断面(矩形)面积。在测得铁芯截面积S之后,即可按P=S2/?#20445;?#20272;算出变压器的功率?#23567;?#24335;中S的单位是cm2。 
  例如:测得某电源变压器的铁芯截面积S=7cm2,估算其功率,得P=S2/?#20445;擔劍?/?#20445;擔劍常常注?#21076;除各种误差外,?#23548;时?#31216;功率是?#24120;埃住?nbsp;
  三、各绕组电压的测量 
  要使一个没有标记的电源变压器利用起来,?#39029;?#21021;级的绕组,并区分次?#24230;?#32452;的输出电压是最基本的任务。现以一实例?#24471;?#21028;断方法。 
  例:已知一电源变压器,共?#20445;?#20010;接线端子。试判断各绕组电压。 
  第一步:分清绕组的组数,画出电路图。 
  用万用表R×1挡测量,凡相通的端子即为一个绕组。现测得:两两相通的有3组,三个相通的有1组,还有一个端子与其他任何端子都不通。照上述测量结果,画出电路图,并编号。 
  从测量可知,该变压器有4个绕组,其中标号⑤、⑥、⑦的是一带抽头的绕组,⑩号端子与?#25105;?#32469;组均不相通,是屏蔽层引出端子。 
  第二步:确定初?#24230;?#32452;。 
  对于降压式电源变压器,初?#24230;?#32452;的线径较细,匝数也?#21364;渭度?#32452;多。因此,像图4这样的降压变压器,其电阻最大的是初?#24230;?#32452;。 
  第三步:确定所有次?#24230;?#32452;的电压。 
  在初?#24230;?#32452;上通过调压器接入交流电,缓缓升压直至220V。?#26469;?#27979;量各绕组的空载电压,标注在各输出端。如果变压器在空载状态下较长时间不发热,?#24471;?#21464;压器性能基?#23601;?#22909;,也进一步验证了判定的初?#24230;?#32452;是正确的。 
  四、各次?#24230;?#32452;最大电流的确定 
  变压器次?#24230;?#32452;输出电流取决于该绕组漆包线的?#26412;叮摹?#28422;包线的?#26412;?#21487;?#21491;?#32447;端子处直接测得。测出?#26412;?#21518;,依据公式I=2D2,可求出该绕组的最大输出电流。式中D的单位是mm。


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变压器的原理


  图1是变压器的原理简体图,当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时,导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1,它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2,同时ф1?#19981;?#22312;初级线圈上感应出一个自感电势E1,E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近,从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有?#27426;?#30340;电能消耗,并且变压器本身也有?#27426;?#30340;损耗,尽管此时次级没接负载,初级线圈中仍有?#27426;?#30340;电流,这个电流我们称为“空载电流”。
  如果次级?#30001;?#36127;载,次级线圈就产生电流I2,并因此而产生磁通ф2,ф2的方向与ф1相反,起了互相抵消的作用,?#22266;?#33455;中总的磁通量有所减少,从而使初级自感电压E1减少,其结果使I1增大,可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加,ф1也增加,并且ф1增加部分正好补充了?#25143;?所抵消的那部分磁通,以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗,可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压,但是不能改变?#24066;?#36127;载消耗的功率


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