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變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到,它原理簡(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)線圈兩端時(shí),導(dǎo)線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф1,它沿著鐵心穿過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)U2,同時(shí)ф1也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(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,這些銅導(dǎo)線存在著電阻,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,沙包線,絲包線,常用的漆包線。對(duì)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。一般情況下好用Q2型號(hào)的高強(qiáng)度的聚脂漆包線。
3、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,層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離,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)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
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,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----如果有兩只線圈互相靠近,則其中首只線圈中電流所產(chǎn)生的磁通有一部分與第二只線圈相環(huán)鏈。當(dāng)首線圈中電流發(fā)生變化時(shí),則其與第二只線圈環(huán)鏈的磁通也發(fā)生變化,在第二只線圈中產(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Lx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(火線)與中性線間的電壓叫相電壓。
20、線電壓----三相輸電線各線(火線)間的電壓叫線電壓,線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----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,這條閉合線叫做磁滯回線如圖1。
28、基本磁化曲線----鐵磁體的磁滯回線的形狀是與磁感應(yīng)強(qiáng)度(或磁場(chǎng)強(qiáng)度)的大值有關(guān),在畫(huà)磁滯回線時(shí),如果對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度(或磁場(chǎng)強(qiáng)度)大值取不同的數(shù)值,就得到一系列的磁滯回線,連接這些回線頂點(diǎn)的曲線叫基本磁化曲線。
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)。
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