電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離,作為一種主要的軟磁電磁元件,在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。
電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離,作為一種主要的軟磁電磁元件,在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)傳送功率的大小,電源變壓器可以分為幾檔:10kVA以上為大功率,10kVA~0.5kVA為中功率,0.5kVA~25VA為小功率,25VA以下為微功率。傳送功率不同,電源變壓器的設(shè)計也不一樣,應(yīng)當是不言而喻的。有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送,把英文名稱“Power Transformers”譯成“功率變壓器”,在許多文獻資料中仍然在使用。究竟是叫“電源變壓器”,還是叫“功率變壓器”好呢?有待于科技術(shù)語方面的權(quán)威機構(gòu)來選擇決定。
幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到,它原理簡單但根據(jù)不同的使用場合(不同的用途)變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。變壓器的功能主要有:電壓變換;阻抗變換;隔離;穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等,變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯。
工作原理
1是輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器.升壓和降壓用不同的抽頭來實現(xiàn).比共用線圈少的部分抽頭電壓就降低.比共用線圈多的部分抽頭電壓就升高.
2其實原理和普通變壓器一樣的,只不過他的原線圈就是它的副線圈```一般的變壓器是左邊一個原線圈通過電磁感應(yīng),使右邊的副線圈產(chǎn)生電壓,自耦變壓器是自己影響自己。
3自耦變壓器是只有一個繞組的變壓器,當作為降壓變壓器使用時,從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組;當作為升壓變壓器使用時,外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組,自耦變壓器的其余部分稱為串聯(lián)繞組,同容量的自藕變壓器與普通變壓器相比,不但尺寸小,而且效率高,并且變壓器容量越大,電壓越高。這個優(yōu)點就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級的提高和輸送容量的增大,自藕變壓器由于其容量大、損耗小、造價低而得到廣泛應(yīng)用。
由電磁感應(yīng)的原理可知,變壓器并不要有分開的原繞組和副繞組,只有一個線圈也能達到變換電壓的目的。在圖1中,當變壓器原繞組W1接入交流電源U1時,變壓器原繞組每匝的電壓降,電壓平均分配在變壓器原繞組1,2,變壓器副繞組W2的電壓等于原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數(shù).在U1不變的下,變更W1和W2的比例,就得到不同的U2值。這種原,副繞組直接串聯(lián),自行偶合的變壓器就叫自藕變壓器,又叫單圈變壓器。
普通變壓器的原,副繞組是互相絕緣的,只用磁的聯(lián)系而沒有電的聯(lián)系,依線圈組數(shù)的不同,這種變壓器又可分為雙圈變壓器或多圈變壓器.由電磁感應(yīng)的原理可知,并不要有分開的原繞組和副繞組,只有一個線圈也能達到變換電壓的目的.在圖1中,當原繞組W1接入交流電源U1時,原繞組每匝的電壓降,電壓平均分配在原繞組1,2,,副繞組W2的電壓等于原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數(shù).在U1不變的下,變更W1和W2的比例,就得到不同的U2值.這種原,副繞組直接串聯(lián),自行偶合的變壓器稱為自耦變壓器,又叫單圈變壓器。
自耦變壓器中的電壓,電流和匝數(shù)的關(guān)系和變壓器,既:U1/U2=W1/W2=I2/I1=K
自耦變壓器最大特點是,副繞組是原繞組的一部分(如圖1的自耦降壓變壓器),或原繞組是副繞組的一部分(如圖2的自耦升壓變壓器)。
自藕變壓器原,副繞組的電流方向和普通變壓器一樣是相反的。
在忽略變壓器的激磁電流和損耗的下,可如下關(guān)系式
降壓:I2=I1+I,I=I2-I1
升壓:I2=I1-I,I=I1-I2
P1=U1I1,P2=U2I2
式中:
I1是原繞組電流,I2是副繞組電流
U1是原繞組電壓,U2是副繞組電壓
P1是原繞組功率,P2是副繞組功率
參數(shù)
一、變壓器技術(shù)參數(shù)
對不同類型的變壓器都有相應(yīng)的技術(shù)要求,可用相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)表示.如電源變壓器的主要技述參數(shù)有:額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級、溫升、電壓調(diào)整率、絕緣性能和防潮性能,對于一般低頻變壓器的主要技述參數(shù)是:變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等。
A.電壓比:
變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2,N1為初級,N2為次級.在初級線圈上加一交流電壓,在次級線圈兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.當N2>N1時,其感應(yīng)電動勢要比初級所加的電壓還要高,這種變壓器稱為升壓變壓器:當N2<N1時,其感應(yīng)電動勢低于初級電壓,這種變壓器稱為降變壓器.初級次級電壓和線圈圈數(shù)間具有下列關(guān)系:式中n稱為電壓比(圈數(shù)比).當n<1時,則N1>N2,V1>V2,該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器。
B.變壓器的效率:
在額定功率時,變壓器的輸出功率和輸入功率的比值,叫做變壓器的效率,即η=(P2÷P1)x100%式中η為變壓器的效率;P1為輸入功率,P2為輸出功率。
當變壓器的輸出功率P2等于輸入功率P1時,效率η等于100%,變壓器將不產(chǎn)生任何損耗.但實際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時總要產(chǎn)生損耗,這種損耗主要有銅損和鐵損。
銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當電流通過線圈電阻發(fā)熱時,一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗.由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成,因此稱為銅損。
變壓器的鐵損包括兩個方面.一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化,使得硅鋼片內(nèi)部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗,當變壓器工作時.鐵芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會產(chǎn)生感應(yīng)電流,由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流,且成旋渦狀,故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發(fā)熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗。
變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關(guān)系,通常功率越大,損耗與輸出功率就越小,效率也就越高.反之,功率越小,效率也就越低。
C變壓器的功率
變壓器鐵心磁通和施加的電壓有關(guān)。在電流中勵磁電流不會隨著負載的增加而增加。雖然負載增加鐵心不會飽和,將使線圈的電阻損耗增加,超過額定容量由于線圈產(chǎn)生的熱量不能及時的散出,線圈會損壞,假如你用的線圈是由超導(dǎo)材料組成,電流增大不會引起發(fā)熱,但變壓器內(nèi)部還有漏磁引起的阻抗,但電流增大,輸出電壓會下降,電流越大,輸出電壓越低,所以變壓器輸出功率不可能是無限的。假如你又說了,變壓器沒有阻抗,那么當變壓器流過電流時會產(chǎn)生特別大電動力,很容易使變壓器線圈損壞,雖然你有了一臺功率無限的變壓器但不能用。只能這樣說,隨著超導(dǎo)材料和鐵心材料的發(fā)展,相同體積或重量的變壓器輸出功率會增大,但不是無限大!
電源變壓器標稱功率、電壓、電流等參數(shù)的標記,日久會脫落或消失。有的市售變壓器根本不標注任何參數(shù)。這給使用帶來極大不便。下面介紹無標記電源變壓器參數(shù)的判別方法。此方法對選購電源變壓器也有參考價值。
二、功率的估算
電源變壓器傳輸功率的大小,取決于鐵芯的材料和橫截面積。所謂橫截面積,不論是E形殼式結(jié)構(gòu),或是E形芯式結(jié)構(gòu)(包括C形結(jié)構(gòu)),均是指繞組所包裹的那段芯柱的橫斷面(矩形)面積。在測得鐵芯截面積S之后,即可按P=S2/1.5估算出變壓器的功率P。式中S的單位是cm2。
例如:測得某電源變壓器的鐵芯截面積S=7cm2,估算其功率,得P=S2/1.5=72/1.5=33W?剔除各種誤差外,實際標稱功率是30W。
三、各繞組電壓的測量
要使一個沒有標記的電源變壓器利用起來,找出初級的繞阻,并區(qū)分次級繞組的輸出電壓是最基本的任務(wù)?,F(xiàn)以一實例說明判斷方法。
例:已知一電源變壓器,共10個接線端子。試判斷各繞組電壓。
第一步:分清繞組的組數(shù),畫出電路圖。
用萬用表R×1擋測量,凡相通的端子即為一個繞組。現(xiàn)測得:兩兩相通的有3組,三個相通的有1組,還有一個端子與其他任何端子都不通。照上述測量結(jié)果,畫出電路圖,并編號。
從測量可知,該變壓器有4個繞組,其中標號⑤、⑥、⑦的是一帶抽頭的繞組,⑩號端子與任一繞組均不相通,是屏蔽層引出端子。
第二步:確定初級繞組。
對于降壓式電源變壓器,初級繞組的線徑較細,匝數(shù)也比次級繞組多。因此,像圖4這樣的降壓變壓器,其電阻最大的是初級繞組。
第三步:確定所有次級繞組的電壓。
在初級繞組上通過調(diào)壓器接入交流電,緩緩升壓直至220V。依次測量各繞組的空載電壓,標注在各輸出端。如果變壓器在空載狀態(tài)下較長時間不發(fā)熱,說明變壓器性能基本完好,也進一步驗證了判定的初級繞組是正確的。
四、各次級繞組最大電流的確定
變壓器次級繞組輸出電流取決于該繞組漆包線的直徑D。漆包線的直徑可從引線端子處直接測得。測出直徑后,依據(jù)公式I=2D2,可求出該繞組的最大輸出電流。式中D的單位是mm。
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,工作時不得大于規(guī)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(qū)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(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(chǎn)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(guān)。
種類及特點
一般常用電源變壓器的分類可歸納如下:
(1)按相數(shù)分:
(1)單相電源變壓器:用于單相負荷和三相電源變壓器組。
(2)三相電源變壓器:用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。
(2)按冷卻方式分:
(1)干式電源變壓器:依靠空氣對流進行冷卻,一般用于局部照明、電子線路等小容量電源變壓器。
(2)油浸式電源變壓器:依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環(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、用于測量儀表和繼電保護裝置。
(3)試驗變壓器:能產(chǎn)生高壓,對電氣設(shè)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(diào)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(tǒng)中的兩個電壓等級。
(2)三繞組變壓器:一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中,連接三個電壓等級。
(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。
功能
電源變壓器的最基本型式,包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈,并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時,于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓,而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。
一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primary coil);而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓,是由一次線圈與二次線圈問的「匝數(shù)比」所決定的。因此,電源變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。 大部份的電源變壓器均有固定的鐵芯,其上繞有一次與二次的線圈?;阼F材的高導(dǎo)磁性,大部份磁通量局限在鐵芯里,因此,兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中,線圈與鐵芯二者間緊密地結(jié)合,其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此,變壓器之匝數(shù)比,一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由于此項升壓與降壓的功能,使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屬物,提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經(jīng)濟,至于降壓變壓器,它使得電力運用方面更加多元化,吾人可以如是說,倘無變壓器,則工業(yè)實無法達到發(fā)展的現(xiàn)況。
電源變壓器除了體積較小外,在電力變壓器與電子變壓器二者之間,并沒有明確的分界線。一般提供60Hz電力網(wǎng)絡(luò)之電源均非常龐大,它可能是涵蓋有半個洲地區(qū)那般大的容量。電子裝置的電力限制,通常受限于整流、放大,與系統(tǒng)其它組件的能力,其中有些部份屬放大電力者,但如與電力系統(tǒng)發(fā)電能力相比較,它仍然歸屬于小電力之范圍。
各種電子裝備常用到變壓器,理由是:提供各種電壓階層確保系統(tǒng)正常操作;提供系統(tǒng)中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對交流電流提供高阻抗,但對直流則提供低的阻抗;在不同的電位下,維持或修飾波形與頻率響應(yīng)?!缸杩埂蛊渲兄豁椫匾拍?,亦即電子學(xué)特性之一,其乃預(yù)設(shè)一種設(shè)備,即當電路組件阻抗系從一階層改變到另外的一個階層時,其間即使用到一種設(shè)備-變壓器。
變壓器---利用電磁感應(yīng)原理,從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器是電能傳遞或作為信號傳輸?shù)闹匾?/span>
1.電源變壓器 ---- 靜止的電磁裝置
電源變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能
電源變壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。
電源變壓器原理
與電源相連的線圈,接收交流電能,稱為一次繞組
與負載相連的線圈,送出交流電能,稱為二次繞組
一次繞組的 二次繞組的
電壓相量 U1 電壓相量 U2
電流相量 I1 電流相量 I2
電動勢相量 E1 電動勢相量 E2
匝數(shù) N1 匝數(shù) N2
同時交鏈一次,二次繞組的磁通量的相量為 φm ,該磁通量稱為主磁通
2.理想變壓器
不計一次、二次繞組的電阻和鐵耗,
其間耦合系數(shù) K=1 的變壓器稱之為理想變壓器
描述理想變壓器的電動勢平衡方程式為
e1(t) = -N1 d φ/dt
e2(t) = -N2 d φ/dt
若一次、二次繞組的電壓、電動勢的瞬時值均按正弦規(guī)律變化,
則有
不計鐵心損失,根據(jù)能量守恒原理可得
由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系
令 K=N1/N2,稱為匝比(亦稱電壓比),
損耗
當電源變壓器的初級繞組通電后,線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵芯流動,因為鐵芯本身也是導(dǎo)體,在垂直于磁力線的平面上就會感應(yīng)電勢,這個電勢在鐵芯的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流,好像p一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加,并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱電源變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制電源變壓器需要用大量的銅線,這些銅導(dǎo)線存在著電阻,電流流過時這電阻會消耗一定的功率,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?!∮捎陔娫醋儔浩鞔嬖谥F損與銅損,所以它的輸出功率永遠小于輸入功率,為此我們引入了一個效率的參數(shù)來對此進行描述,η=輸出功率/輸入功率。
國家標準
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· GB 1094.5-2003 電力變壓器 第5部分: 承受短路的能力
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· GB 19212.1-2003 電力變壓器、電源裝置和類似產(chǎn)品的安全 第1部分: 通用要求和試驗
· GB/T 10760.1-2003 離網(wǎng)型風力發(fā)電機組用發(fā)電機 第1部分: 技術(shù)條件
· GB/T 10760.2-2003 離網(wǎng)型風力發(fā)電機組用發(fā)電機 第2部分: 試驗方法
· GB/T 1094.10-2003 電力變壓器 第10部分: 聲級測定
· GB/T 12325-2003 電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差
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· GB/T 14099.2-2004 燃氣輪機采購 第2部分:標準參考條件與額定值
· GB/T 15146.11-2004 反應(yīng)堆外易裂變材料的核臨界安全 基于限制和控制慢化劑的核臨界安
· GB/T 17625.6-2003電磁兼容限值 對額定電流大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電
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· GB/T 17680.8-2003 核電廠應(yīng)急計劃與準備準則 場內(nèi)應(yīng)急計劃與執(zhí)行程序
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· GB/T 18039.3-2003 電磁兼容 環(huán)境 公用低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號傳輸?shù)募嫒菟?/span>
· GB/T 18039.5-2003 電磁兼容 環(huán)境 公用供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號傳輸?shù)碾姶怒h(huán)境
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· GB/T 19068.3-2003 離網(wǎng)型風力發(fā)電機組 第3部分: 風洞試驗方法
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· GB/T 19071.1-2003 風力發(fā)電機組 異步發(fā)電機 第1部分: 技術(shù)條件
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識別
1. 從外形識別 常用電源變壓器的鐵芯有E形和C形兩種。E形鐵芯變壓器呈殼式結(jié)構(gòu)(鐵芯包裹線圈),采用D41、D42優(yōu)質(zhì)硅鋼片作鐵芯,應(yīng)用廣泛。C形鐵芯變壓器用冷軋硅鋼帶作鐵芯,磁漏小,體積小,呈芯式結(jié)構(gòu)(線圈包裹鐵芯)。
2. 從繞組引出端子數(shù)識別 電源變壓器常見的有兩個繞組,即一個初級和一個次級繞組,因此有四個引出端。有的電源變壓器為防止交流聲及其他干擾,初、次級繞組間往往加一屏蔽層,其屏蔽層是接地端。因此,電源變壓器接線端子至少是4個。
3. 從硅鋼片的疊片方式識別 E形電源變壓器的硅鋼片是交*插入的,E片和I片間不留空氣隙,整個鐵芯嚴絲合縫。音頻輸入、輸出變壓器的E片和I片之間留有一定的空氣隙,這是區(qū)別電源和音頻變壓器的最直觀方法。至于C形變壓器,一般都是電源變壓器。
注意事項
從上述分析可見,自耦變壓器的的電流流向與普通三繞組變壓器不同,在自耦變壓器的公共繞組上,會出現(xiàn)變壓器還未達到額定運行時,公共繞組已有過負荷的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致了自耦變壓器與普通變壓器在過負荷保護方面的不同:當自耦變壓器的第三側(cè)接有電源(在降壓變電站中也可為無功補償設(shè)備),自耦變壓器除了一般的三側(cè)均裝過負荷保護外,還必須在公共繞組處裝設(shè)過負荷保護。另外,在第三側(cè)接入無功補償裝置時,還必須研究是否需要增加公共繞組容量的問題。
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