理想變壓器與實(shí)際變壓器

理想變壓器與實(shí)際變壓器摘要：變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)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＠硐胱儔浩?，是指沒有損耗的變壓器，就是一二次線圈的電阻可以忽略，其漏電感可以忽略，鐵心損耗可以忽略，這就相當(dāng)于是一個(gè)電壓可變但是內(nèi)阻為零的電源，它沒有內(nèi)阻壓降。但理想變壓器與實(shí)際變壓器存在一定的差距，在某些條件下，這種差距還相當(dāng)大，以致個(gè)別公式并不適用。關(guān)鍵詞：理想變壓器，實(shí)際變壓器，電磁感應(yīng)，電流互感器。近幾年，為適應(yīng)國家在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的需求，發(fā)展了一批新型、優(yōu)質(zhì)的配電變壓器，使配電網(wǎng)絡(luò)的變壓器裝備更趨先進(jìn)，供電更可靠，農(nóng)村用電更趨低價(jià)。近年發(fā)展的配電變壓器的損耗值在不斷下降，尤其空載損耗值下降更多，這主要?dú)w功于磁性材料導(dǎo)磁性能的改進(jìn)，其次是導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)鐵心型式的多樣化。如較薄高導(dǎo)磁硅鋼片或非晶合金的應(yīng)用，階梯接縫全斜結(jié)構(gòu)鐵心、卷鐵心(平面型、立體型)、退火工藝的應(yīng)用等。在降低損耗的同時(shí)也注意噪聲水平的降低。在干式配電變壓器方面又將局部放電試驗(yàn)列為例行試驗(yàn)，用戶又對局部放電量有要求，作為干式配電變壓器運(yùn)行可靠性的一項(xiàng)考核指標(biāo)，這比國際電工委員會規(guī)定的現(xiàn)行要求要嚴(yán)格。因此，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上預(yù)測我國各類配電變壓器的發(fā)展趨勢，推動配電變壓器進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)是一件比較重要工作。1分析理想變壓器1?1理想變壓器的定義理想變壓器，是指沒有損耗的變壓器，就是一二次線圈的電阻可以忽略，其漏電感可以忽略，鐵心損耗可以忽略，這就相當(dāng)于是一個(gè)電壓可變但是內(nèi)阻為零的電源，它沒有內(nèi)阻壓降。1.2理想變壓器的四個(gè)理想化條件無漏磁通，即①slSs2=0,耦合系數(shù)K=l,為全耦合，故有①11S21,①22S12。不消耗能量(即無損失)，也不貯存能量。初次級線圈的電感均為無窮大，即L1-W，L2-W，但為有限值。證明如下：即在全耦合(K=1)時(shí)，兩線圈的電感之比，是等于其匝數(shù)平方之比，亦即每個(gè)線圈的電感都是與自己線圈匝數(shù)的平方成正比。因有K=1,L1-g，L2-g，故有一go1.3描述理想變壓器的電動勢平衡方程式el(t)=-N1dp/dte2(t)=-N2dp/dt若一次、二次繞組的電壓、電動勢的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化，則有不計(jì)鐵心損失，由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系。

含理想變壓器電路的分析計(jì)算含理想變壓器電路的分析計(jì)算， 一般仍是應(yīng)用回路法（網(wǎng)孔法）和節(jié)點(diǎn)法等方法，只是在列方程時(shí)必須充分考慮它的伏安關(guān)系和阻抗變換特性即可解決問題。2分析實(shí)際變壓器2?1初步了解實(shí)際變壓器變壓器的功能主要有：電壓變換：電流變換，阻抗變換：隔離：穩(wěn)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、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電抗器、抗干擾變壓器、防雷變壓器、箱式變電器試驗(yàn)變壓器轉(zhuǎn)角變壓器大電流變壓器勵(lì)磁變壓器。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(dāng)一交流電流（具有某一已知頻率）流于其中之一組線圈時(shí)，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」（Primarycoil）;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間的「匝數(shù)比」所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。大部分的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈。基于鐵材的高導(dǎo)磁性，大部分磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當(dāng)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(biāo)。由于此項(xiàng)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(jì)，至于降壓變壓器，它使得電力運(yùn)用方面更加多元化，可以這樣說，沒有變壓器，現(xiàn)代工業(yè)實(shí)無法達(dá)到目前發(fā)展的現(xiàn)況。電子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50Hz電力網(wǎng)絡(luò)之電源均非常龐大，它可能是涵蓋有半個(gè)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，其中有些部分屬放大電力者，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分得以電氣隔離；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)。「阻抗」其中之一項(xiàng)重要概念，亦即電子學(xué)特性之一，其乃預(yù)設(shè)一種設(shè)備，即當(dāng)電路組件阻抗系從一階層改變到另外的一個(gè)階層時(shí)，其間即使用到一種設(shè)備-變壓器。變壓器又有其做試驗(yàn)而用的，是試驗(yàn)變壓器，分別可以分為充氣式，油浸式，干式等試驗(yàn)變壓器，是發(fā)電廠、供電局及科研單位等廣大用戶的用來做交流耐壓試驗(yàn)的基本試驗(yàn)設(shè)備，通過了國家質(zhì)量監(jiān)督局的標(biāo)準(zhǔn)，用于對各種電氣產(chǎn)品、電器元件、絕緣材料等進(jìn)行規(guī)定電壓下的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。變壓器---利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)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?.2變壓器-…靜止的電磁裝置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壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。變壓器利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器輸送的電能的多少由用電器的功率決定。制作原理：在發(fā)電機(jī)中，不管是線圈運(yùn)動通過磁場或磁場運(yùn)動通過固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。工作原理當(dāng)1次繞組接交流電壓后，電流i0,該電流在鐵心中產(chǎn)生一個(gè)交變的主磁通①。在兩個(gè)繞組中分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢el和e2e1=—Nld①/dte2=—N2d①/dt。如果略去繞組電阻和漏抗壓降，則ul/u2%-e1)/(-e2)=N1/N2；ul/u2%-e1)/(-e2)=N1/N2=k,k定義為變壓器的變比。變壓器原理分類：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(fā)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(jié)構(gòu)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(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。按電源相數(shù)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(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。3變壓器的結(jié)構(gòu)與材料簡析3?1變壓器的主要主城部分變壓器的主要部件有：器身：包括鐵心、繞組、絕緣部件及引線。調(diào)壓裝置：即分接開關(guān)，分為無勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓。油箱及冷卻裝置。保護(hù)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。絕緣套管。3.2變壓器的結(jié)構(gòu)鐵心：鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度分別為0.35mm\0.3mm\0.27mm。表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成；鐵心分為鐵心柱和橫片倆部分，鐵心柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用；鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種。繞組：繞組是變壓器的電路部分；它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成。變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理（如上圖）：當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓U1時(shí)，流過電流fl,在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通01,這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢El，E2,感應(yīng)電勢公式為：E=4.44fN0m。式中：E--感應(yīng)電勢有效值f--頻率N--匝數(shù)0m--主磁通最大值由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢E1和E2大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓U1和U2大小也就不同。當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時(shí)，一次側(cè)僅流過主磁通的電流（血），這個(gè)電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過負(fù)載電流^2時(shí)，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時(shí)，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流^0,一部分為用來平衡（2,所以這部分電流隨著^2變化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時(shí)，就是磁勢。

上述的平衡作用實(shí)質(zhì)上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。3.3變壓器的材料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(dǎo)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(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)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。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(dǎo)線的要求，是導(dǎo)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(qiáng)度的聚脂漆包線。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(huán)氧板，或紙板。層間可用聚脂薄膜，電話紙，6520復(fù)合紙等作隔離，繞阻間可用黃臘布，或亞胺膜作隔離。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(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)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。4補(bǔ)充變壓器的工作原理4.1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(dāng)N2>N1時(shí)，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(dāng)N2VN1時(shí)，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：U1/U2=N1/N2式中n稱為電壓比(圈數(shù)比).當(dāng)n<1時(shí)，則N1>N2,U1>U2，該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器。另有電流之比I1/I2=N2/N1電功率P1=P2注意上面的式子只在理想變壓器只有一個(gè)副線圈時(shí)成立。當(dāng)有兩個(gè)副線圈時(shí)P1=P2+P3,U1/N1=U2/N2=U3/N3,電流則須利用電功率的關(guān)系式去求有多個(gè)時(shí)依此推類。4.2變壓器的效率：在額定功率時(shí)，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n=(P2*Pi)xioo%

式中n為變壓器的效率;pi為輸入功率，P2為輸出功率。當(dāng)變壓器的輸出功率P2等于輸入功率pi時(shí)，效率n等于loo%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗?但實(shí)際上這種變壓器是沒有的?變壓器傳輸電能時(shí)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(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時(shí)，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(gè)方面?一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過變壓器時(shí)，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(dāng)變壓器工作時(shí)?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。4.3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(lì)磁電流不會隨著負(fù)載的增加而增加。雖然負(fù)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(shí)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(dāng)變壓器流過電流時(shí)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（圖2-26）。tl 口ti Uitl 口ti Uiis 曲5變壓器的損耗當(dāng)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?yàn)殍F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(gè)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(gè)旋渦所以稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱變壓器的溫升增加。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(shí)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。由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率，為此我們引入了一個(gè)效率的參數(shù)來對此進(jìn)行描述。n輸出功率/輸入功率6簡單介紹變壓器的應(yīng)用整流變壓器：整流變壓器是整流設(shè)備的電源變壓器。整流設(shè)備的特點(diǎn)是原方輸入交流，而副方通過整流原件后輸出