變壓器的工作原理
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。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡(jiǎn)單的鐵心變壓器由一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成,如圖所示。
鐵心的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗,鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個(gè)線圈之間沒(méi)有電的聯(lián)系,線圈由絕緣銅線(或鋁線)繞成。一個(gè)線圈接交流電源稱(chēng)為初級(jí)線圈(或原線圈),另一個(gè)線圈接用電器稱(chēng)為次級(jí)線圈(或副線圈)。實(shí)際的變壓器是很復(fù)雜的,不可避免地存在銅損(線圈電阻發(fā)熱)、鐵損(鐵心發(fā)熱)和漏磁(經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線)等,為了簡(jiǎn)化討論
正在加載變壓器
這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是:忽略漏磁通,忽略原、副線圈的電阻,忽略鐵心的損耗,忽略空載電流(副線圈開(kāi)路原線圈線圈中的電流)。例如電力變壓器在滿載運(yùn)行時(shí)(副線圈輸出額定功率)即接近理想變壓器情況。
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時(shí),鐵心中便產(chǎn)生交變磁通,交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的,φ也是簡(jiǎn)諧函數(shù),表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,原、副線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=-Ndφ/dt、e2=-Ndφ/dt。式中N1、N為原、副線圈的匝數(shù)。由圖可知U=-e,U=e(原線圈物理量用下角標(biāo)1表示,副線圈物理量用下角標(biāo)2表示),其復(fù)有效值為U=-E=jNωΦ、U=E=-NωΦ,令k=N/N,稱(chēng)變壓器的變比。由上式可得U/ U=-N/N=-k,即變壓器原、副線圈電壓有效值之比,等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
進(jìn)而得出:
U/U=N/N
在空載電流可以忽略的情況下,有I/ I=-N/N,即原、副線圈電流有效值大小與其匝數(shù)成反比,且相位差π。
進(jìn)而可得
I/ I=N/N
理想變壓器原、副線圈的功率相等P=P。說(shuō)明理想變壓器本身無(wú)功率損耗。實(shí)際變壓器總存在損耗,其效率為η=P/P。電力變壓器的效率很高,可達(dá)90%以上。
主要分類(lèi)
正在加載變壓器
一般常用變壓器的分類(lèi)可歸納如下 :
1、按相數(shù)分:
1)單相變壓器:用于單相負(fù)荷和三相變壓器組。
2)三相變壓器:用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。
2、按冷卻方式分:
1)干式變壓器:依靠空氣對(duì)流進(jìn)行自然冷卻或增加風(fēng)機(jī)冷卻,多用于高層建筑、高速收費(fèi)站點(diǎn)用電及局部照明、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(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。
3、按用途分:
1)電力變壓器:用于輸配電系統(tǒng)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(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置。
3)試驗(yàn)變壓器:能產(chǎn)生高壓,對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)。
4)特種變壓器:如電爐變壓器、整流變壓器、調(diào)整變壓器、電容式變壓器、移相變壓器等。
4、按繞組形式分:
1)雙繞組變壓器:用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級(jí)。
2)三繞組變壓器:一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中,連接三個(gè)電壓等級(jí)。
3)自耦變電器:用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。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(dǎo)磁材料,空載電流下降約80%,是節(jié)能效果較理想的配電變壓器,特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低地方。
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(jī)等的電源變壓器。