變壓器的基本知識(shí)

變壓器的基本知識(shí)及原理

變壓器的原理簡(jiǎn)單但根據(jù)不同的使用場(chǎng)合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會(huì)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，變壓器常用的鐵心形狀一般有E型和C型鐵心。

一、變壓器的基本原理
當(dāng)一個(gè)正弦交流電壓U1加在初級(jí)線(xiàn)圈兩端時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф1，它沿著鐵心穿過(guò)初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線(xiàn)圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)U2，同時(shí)ф1也會(huì)在初級(jí)線(xiàn)圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì)E1，E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時(shí)次級(jí)沒(méi)接負(fù)載，初級(jí)線(xiàn)圈中仍有一定的電流，這個(gè)電流我們稱(chēng)為“空載電流”。
如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線(xiàn)圈就產(chǎn)生電流I2，并因此而產(chǎn)生磁通ф2，ф2的方向與ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓E1減少，其結(jié)果使I1增大，可見(jiàn)初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí)負(fù)載電流加大時(shí)I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好補(bǔ)充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過(guò)改變次級(jí)線(xiàn)圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。

二、變壓器的損耗
當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后，線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線(xiàn)的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦所以稱(chēng)為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱(chēng)為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線(xiàn)，這些銅導(dǎo)線(xiàn)存在著電阻，電流流過(guò)時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱(chēng)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(lái)對(duì)此進(jìn)行描述，η=輸出功率/輸入功率。

三、變壓器的材料
要繞制一個(gè)變壓器我們必須對(duì)與變壓器有關(guān)的材料要有一定的認(rèn)識(shí)，為此這里我就介紹一下這方面的知識(shí)。
1、鐵心材料：
變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼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(chēng)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(lái)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，
2、繞制變壓器通常用的材料有
漆包線(xiàn)，沙包線(xiàn)，絲包線(xiàn)，最常用的漆包線(xiàn)。對(duì)于導(dǎo)線(xiàn)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Q2型號(hào)的高強(qiáng)度的聚脂漆包線(xiàn)。
3、絕緣材料
在繞制變壓器中，線(xiàn)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，層間可用聚脂薄膜或電話(huà)紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。
4、浸漬材料：
變壓器繞制好后，還要過(guò)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(zhǎng)使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。

電工學(xué)名詞解釋
要學(xué)好電工技術(shù)必須要對(duì)在電工學(xué)上的一些物理量的概念有所理解，為此本人將一些常用的電工學(xué)名詞匯總并作注解：
1、電阻率---又叫電阻系數(shù)或叫比電阻。是衡量物質(zhì)導(dǎo)電性能好壞的一個(gè)物理量，以字母ρ表示，單位為歐姆*毫米平方/米。在數(shù)值 上等于用那種物質(zhì)做的長(zhǎng)1米截面積為1平方毫米的導(dǎo)線(xiàn)，在溫度20C時(shí)的電阻值，電阻率越大，導(dǎo)電性能越低。則物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數(shù)值等于溫度每升高1C時(shí)，電阻率的增加與原來(lái)的電阻電阻率的比值，通常以字母α表示，單位為1/C。

2、電阻的溫度系數(shù)----表示物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數(shù)值等于溫度每升高1C時(shí)，電阻率的增加量與原來(lái)的電阻率的比值，通常以字母α表示，單位為1/C。

3、電導(dǎo)----物體傳導(dǎo)電流的本領(lǐng)叫做電導(dǎo)。在直流電路里，電導(dǎo)的數(shù)值就是電阻值的倒數(shù)，以字母ɡ表示，單位為歐姆。

4、電導(dǎo)率----又叫電導(dǎo)系數(shù)，也是衡量物質(zhì)導(dǎo)電性能好壞的一個(gè)物理量。大小在數(shù)值上是電阻率的倒數(shù)，以字母γ表示，單位為米/歐姆*毫米平方。

5、電動(dòng)勢(shì)----電路中因其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能所引起的電位差，叫做電動(dòng)勢(shì)或者簡(jiǎn)稱(chēng)電勢(shì)。用字母E表示，單位為伏特。

6、自感----當(dāng)閉合回路中的電流發(fā)生變化時(shí)，則由這電流所產(chǎn)生的穿過(guò)回路本身磁通也發(fā)生變化，因此在回路中也將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這現(xiàn)象稱(chēng)為自感現(xiàn)象，這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。

7、互感----如果有兩只線(xiàn)圈互相靠近，則其中第一只線(xiàn)圈中電流所產(chǎn)生的磁通有一部分與第二只線(xiàn)圈相環(huán)鏈。當(dāng)?shù)谝痪€(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(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。

8、電感----自感與互感的統(tǒng)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。

12、振幅----交變電流在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)的最大值叫振幅。

13、平均值----交變電流的平均值是指在某段時(shí)間內(nèi)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(nèi)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最大值的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(nèi)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(nèi)，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(chǔ)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(duì)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(shù)----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(shù)，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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度在數(shù)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(duì)磁通所起的阻礙作用，以符號(hào)Rm表示，單位為1/亨。

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

26、磁滯----鐵磁體在反復(fù)磁化的過(guò)程中，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于它的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這種現(xiàn)象叫磁滯。

27、磁滯回線(xiàn)----在磁場(chǎng)中，鐵磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可用曲線(xiàn)來(lái)表示，當(dāng)磁化磁場(chǎng)作周期的變化時(shí)，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度（或磁場(chǎng)強(qiáng)度）的最大值有關(guān)，在畫(huà)磁滯回線(xiàn)時(shí)，如果對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度（或磁場(chǎng)強(qiáng)度）最大值取不同的數(shù)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)。

29、磁滯損耗----放在交變磁場(chǎng)中的鐵磁體，因磁滯現(xiàn)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?qū)щ姷默F(xiàn)象叫擊穿。

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

32、電磁感應(yīng)---當(dāng)環(huán)鏈著某一導(dǎo)體的磁通發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。

33、趨膚效應(yīng)---又叫集膚效應(yīng)，當(dāng)高頻電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電流將集中在導(dǎo)體表面流通，這種現(xiàn)象叫趨膚效應(yīng)。