干式變壓器的基本原理

干式變壓器

幾乎所有的電子產(chǎn)品都使用干式變壓器。其原理簡(jiǎn)單，但干式變壓器的繞線(xiàn)過(guò)程會(huì )根據不同的場(chǎng)合(不同的用途)有不同的要求。干式變壓器的主要功能是：電壓轉換；阻抗變換；隔離；穩壓(磁飽和干式變壓器)等。干式變壓器常用的鐵芯形狀一般包括E型和C型鐵芯。

一、干式變壓器的基本原理

圖1是干式變壓器原理的簡(jiǎn)圖。當正弦交流電壓U1被施加到初級線(xiàn)圈的兩端時(shí)，在導體中存在交流電流I1，并且產(chǎn)生交流磁通量1，其沿著(zhù)芯部穿過(guò)初級線(xiàn)圈和次級線(xiàn)圈以形成閉合磁路?；ジ须妱軺2在次級線(xiàn)圈中感應，自感電勢E1也在初級線(xiàn)圈中感應1。E1的方向與施加的電壓U1相反，并且振幅相似，因此限制了I1的幅度。為了保持磁通1，需要一定的功耗，干式變壓器本身就有一定的損耗。雖然此時(shí)次級不與負載相連，但初級線(xiàn)圈中仍有一定的電流，稱(chēng)為“空載電流”。如果次級連接到負載，次級線(xiàn)圈將產(chǎn)生電流I2，產(chǎn)生的磁通量2與1相反，起到相互抵消的作用，降低鐵芯中的總磁通量，從而降低初級自感電壓E1，結果增加I1?？梢钥闯?，一次電流與二次負載密切相關(guān)。當二次負載電流增大時(shí)，I1增大，1也增大，1增大的部分正好補充2偏移的磁通量，以保持鐵芯中的總磁通量不變。如果不考慮干式變壓器的損耗，可以認為理想干式變壓器的二次負載消耗的功率是一次電源獲得的電功率。干式變壓器可以根據需要通過(guò)改變次級線(xiàn)圈的匝數來(lái)改變次級電壓，但不能改變允許負載消耗的功率。

二、干式變壓器的損耗

當干式變壓器的初級繞組通電時(shí)，線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通量在鐵芯中流動(dòng)。由于磁心本身是導體，在垂直于磁力線(xiàn)的平面上會(huì )感應出電勢，在磁心的橫截面上形成一個(gè)閉合回路，產(chǎn)生電流，因為看起來(lái)是渦流，所以被稱(chēng)為“渦流”。這種“渦流”增加了干式變壓器的損耗，增加了鐵芯發(fā)熱的干式變壓器的溫升?！皽u流”造成的損耗稱(chēng)為“鐵損”。此外，纏繞干式變壓器需要大量的銅線(xiàn)，這些銅線(xiàn)具有電阻，當電流流過(guò)時(shí)會(huì )消耗一定的功率，這部分損耗往往會(huì )變成熱量而被消耗掉。我們把這種損失稱(chēng)為“銅損”。因此，干式變壓器的溫升主要由鐵損和銅損引起。干式變壓器由于鐵損和銅損，其輸出功率總是小于輸入功率。因此，我們引入一個(gè)效率參數來(lái)描述這一點(diǎn)，=輸出功率/輸入功率。

三、干式變壓器的材料

纏繞一個(gè)干式變壓器，必須對干式變壓器相關(guān)的材料有一定的了解，所以我在這里介紹一下這個(gè)知識。

1.鐵芯材料：干式變壓器使用的鐵芯材料主要有鐵皮、低硅鋼片和高硅鋼片。在鋼板中加入硅可以降低鋼板的電導率，增加電阻率，減少渦流，降低其損耗。干式變壓器用硅鋼片的質(zhì)量與硅鋼片的質(zhì)量密切相關(guān)。硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來(lái)表示，一般黑鐵皮的B值在6000-8000，低硅鋼片在9000-11000，高硅鋼片在12000-16000。 #p#分頁(yè)標題#e#

2.纏繞干式變壓器常用的材料有漆包線(xiàn)、沙袋線(xiàn)、包絲線(xiàn)和較常用的漆包線(xiàn)。對導線(xiàn)的要求是良好的導電性、足夠的絕緣漆層耐熱性和一定的耐腐蝕性。在正常情況下

3.絕緣材料在繞組干式變壓器中，線(xiàn)圈架和繞組之間的絕緣應使用絕緣材料。干式變壓器的框架材料一般可采用酚醛紙板、聚酯薄膜或電話(huà)紙制成，層間可采用絕緣，繞組間可采用黃布絕緣。

4.浸漬材料：干式變壓器繞制完畢后，需要較后一道工序，即浸漬絕緣漆，這樣可以增強機械強度，提高絕緣性能，延長(cháng)干式變壓器的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，甲酚清漆可用作浸漬材料。

電工術(shù)語(yǔ)解釋

學(xué)好電工學(xué)，必須理解電工學(xué)中的一些物理量概念。為此，我總結和注釋了一些常用的電工術(shù)語(yǔ)：1。電阻率——也叫電阻系數或電阻率。它是測量物質(zhì)電導率的物理量，用字母表示，單位為歐姆*毫米平方/米。它在數值上等于由這種材料制成的導體在20的溫度下的電阻值，導體的長(cháng)度為1米，橫截面積為1平方毫米。電阻率越大，電導率越低。那么物質(zhì)的電阻率隨溫度變化的物理量就等于溫度升高1C時(shí)電阻率的增加量與原始電阻電阻率的比值，通常用字母表示，單位為1/c。

2.電阻的溫度系數——物質(zhì)的電阻率隨溫度變化的物理量，其值等于溫度升高1C時(shí)電阻率的增加量與原始電阻率的比值，通常用字母表示，單位為1/c。

3.傳導性——物體傳導電流的能力被稱(chēng)為傳導性。在DC電路中，電導值是電阻值的倒數，用字母表示，單位是歐姆。

4.電導率，也叫導電系數，也是衡量物質(zhì)導電性的物理量。數值大小是電阻率的倒數，用字母表示，單位是m/ohm * mm平方。

5.電動(dòng)勢——電路中其他形式的能量轉化為電能所產(chǎn)生的電位差，稱(chēng)為電動(dòng)勢，或簡(jiǎn)稱(chēng)為電勢。用字母e，單位是伏特。

6.自感——當閉合電路中的電流發(fā)生變化時(shí)，電流通過(guò)電路本身產(chǎn)生的磁通量也發(fā)生變化，所以電路中也會(huì )感應出感應電動(dòng)勢，這種現象稱(chēng)為自感現象。

7.互感——如果有兩個(gè)線(xiàn)圈相互靠近，較好個(gè)線(xiàn)圈中的電流產(chǎn)生的磁通量與第二根導線(xiàn)有一部分

圈相環(huán)鏈。當較好線(xiàn)圈中電流發(fā)生變化時(shí)，則其與第二只線(xiàn)圈環(huán)鏈的磁通也發(fā)生變化，在第二只線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。這種現象叫做互感現象。

8、電感----自感與互感的統稱(chēng)。

9、感抗----交流電流過(guò)具有電感的電路時(shí)，電感有阻礙交流電流過(guò)的作用，這種作用叫做感抗，以L(fǎng)x表示，Lx=2πfL.

10、容抗----交流電流過(guò)具有電容的電路時(shí)，電容有阻礙交流電流過(guò)的作用，這種作用叫做容抗，以Cx表示，Cx=1/12πfc。

11、脈動(dòng)電流----大小隨時(shí)間變化而方向不變的電流，叫做脈動(dòng)電流。#p#分頁(yè)標題#e#

12、振幅----交變電流在一個(gè)周期內出現的較大值叫振幅。

13、平均值----交變電流的平均值是指在某段時(shí)間內流過(guò)電路的總電荷與該段時(shí)間的比值。正弦量的平均值通常指正半周內的平均值，它與振幅值的關(guān)系：平均值=0.637*振幅值。

14、有效值----在兩個(gè)相同的電阻器件中，分別通過(guò)直流電和交流電，如果經(jīng)過(guò)同一時(shí)間，它們發(fā)出的熱量相等，那么就把此直流電的大小作為此交流電的有效值。正弦電流的有效值等于其較大值的0.707倍。

15、有功功率----又叫平均功率。交流電的瞬時(shí)功率不是一個(gè)恒定值，功率在一個(gè)周期內的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，以字母P表示，單位瓦特。

16、視在功率----在具有電阻和電抗的電路內，電壓與電流的乘積叫做視在功率，用字母Ps來(lái)表示，單位為瓦特。

17、無(wú)功功率----在具有電感和電容的電路里，這些儲能元件在半周期的時(shí)間里把電源能量變成磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）的能量存起來(lái)，在另半周期的時(shí)間里對已存的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）能量送還給電源。它們只是與電源進(jìn)行能量交換，并沒(méi)有真正消耗能量。我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無(wú)功功率。用字母Q表示，單位為芝。

18、功率因數----在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數，以COSφ表示。

19、相電壓----三相輸電線(xiàn)（火線(xiàn)）與中性線(xiàn)間的電壓叫相電壓。

20、線(xiàn)電壓----三相輸電線(xiàn)各線(xiàn)（火線(xiàn)）間的電壓叫線(xiàn)電壓，線(xiàn)電壓的大小為相電壓的1.73倍。

21、相量----在電工學(xué)中，用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。

22、磁通----磁感應強度與垂直于磁場(chǎng)方向的面積的乘積叫做磁通，以字母φ表示，單位為麥克斯韋。

23、磁通密度----單位面積上所通過(guò)的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁場(chǎng)感應強度在數值上是相等的。

24、磁阻----與電阻的含義相仿，磁阻是表示磁路對磁通所起的阻礙作用，以符號Rm表示，單位為1/亨。

25、導磁率----又稱(chēng)導磁系數，是衡量物質(zhì)的導磁性能的一個(gè)系數，以字母μ表示，單位是亨/米。

26、磁滯----鐵磁體在反復磁化的過(guò)程中，它的磁感應強度的變化總是滯后于它的磁場(chǎng)強度，這種現象叫磁滯。

27、磁滯回線(xiàn)----在磁場(chǎng)中，鐵磁體的磁感應強度與磁場(chǎng)強度的關(guān)系可用曲線(xiàn)來(lái)表示，當磁化磁場(chǎng)作周期的變化時(shí)，鐵磁體中的磁感應強度與磁場(chǎng)強度的關(guān)系是一條閉合線(xiàn)，這條閉合線(xiàn)叫做磁滯回線(xiàn)如圖1。

28、基本磁化曲線(xiàn)----鐵磁體的磁滯回線(xiàn)的形狀是與磁感應強度（或磁場(chǎng)強度）的較大值有關(guān)，在畫(huà)磁滯回線(xiàn)時(shí)，如果對磁感應強度（或磁場(chǎng)強度）較大值取不同的數值，就得到一系列的磁滯回線(xiàn)，連接這些回線(xiàn)頂點(diǎn)的曲線(xiàn)叫基本磁化曲線(xiàn)。#p#分頁(yè)標題#e#

29、磁滯損耗----放在交變磁場(chǎng)中的鐵磁體，因磁滯現象而產(chǎn)生一些功率損耗，從而使鐵磁體發(fā)熱，這種損耗叫磁滯損耗。

30、擊穿---絕緣物質(zhì)在電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈放電或導電的現象叫擊穿。

31、介電常數---又叫介質(zhì)常數，介電系數或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個(gè)系數，以字母ε表示，單位為法/米。

32、電磁感應---當環(huán)鏈著(zhù)某一導體的磁通發(fā)生變化時(shí)，導體內就出現電動(dòng)勢，這種現象叫電磁感應。

33、趨膚效應---又叫集膚效應，當高頻電流通過(guò)導體時(shí)，電流將集中在導體表面流通，這種現象叫趨膚效應。