变形金刚介绍

在本教程中，我们将看到变形金刚简要介绍。我们将学习什么是电动变压器，变压器的建设，其工作原理，变压器分类，损失和效率以及一些应用。

变形金刚介绍

变压器是电气系统中最常见的设备之一，它将在不同电压下工作的电路连接起来。这些通常用于需要从一个电压电平转换到另一个电压电平的应用场合。

根据电气设备或设备或负载的要求，在交流电路中使用变压器可以降低或增加电压和电流。各种应用使用各种变压器，包括电源，仪表和脉冲变压器。

变压器广义上分为两类，即电子变压器和电力变压器。电子变压器的工作电压很低，额定功率很低。这些用于消费电子设备，如电视、个人电脑、CD/DVD播放机和其他设备。

电力变压器这个术语是指具有高功率和额定电压的变压器。它们广泛用于发电、输电、配电和公用事业系统，以提高或降低电压水平。然而，这两种类型的变压器所涉及的操作是相同的。让我们来详细介绍一下变压器。

什么是变压器?

变压器是一种静态装置(指没有运动部件)，由一个、两个或多个绕组组成，这些绕组是磁耦合的，电分离的，有或没有磁芯。它通过电磁感应原理将电能从一个电路转移到另一个电路。

连接到交流主电源的绕组称为初级绕组，连接到负载或从中汲取能量的绕组称为次级绕组。这两个具有适当绝缘的绕组绕在层合铁芯上，层合铁芯在绕组之间提供磁路。

当一次绕组用交流电压源通电时，变压器铁芯内将产生交变磁通量或磁场。这个磁通量幅值取决于施加的电压幅值、电源的频率和一次侧的匝数。

这种通量通过磁芯循环，从而与次级绕组连接。根据电磁感应原理，这种磁连接在次级绕组中产生一个电压。这被称为两个电路之间的互感。二次电压取决于二次线圈的匝数以及磁通量和频率。

变压器广泛应用于电力系统中，以产生相同频率的可变电压和电流。因此，通过适当的一、二次匝比例，可以得到理想的电压比。

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变压器结构

变压器的主要部件是铁芯、绕组、容器或油箱、套管、保护器和散热器。

核心

对于高功率应用，变压器铁芯采用高磁导率材料，为磁通量提供了低磁阻路径。核心的横截面是正方形或矩形的。

一般来说，铁芯变压器比空芯变压器提供更好的电力转换。空心变压器用于高频应用(高于2khz)，而铁芯变压器用于低频应用(低于2khz)。

在所有类型的变压器中，铁芯是由硅钢片或钢板叠层组成的，它们被组装起来为磁通量提供一个连续的磁路。采用这种叠片铁芯，涡流损耗最小。

这些叠层钢板的厚度为0.35至5毫米，用清漆、氧化物或磷酸盐进行绝缘，然后形成核心。

为了更好的磁性，使用热轧晶粒定向（HRGO）钢，或冷轧谷物取向（CRGO）钢或高B（HIB）叠片。在变压器的情况下，芯是用E和I，C和I OR O形式的热轧硅钢叠片构造。

绕组

(二绕组)变压器一般有两个绕组，即一次绕组和二次绕组，它们都是用优质铜制成的。

绝缘的绞线被用作承载大电流的绕组。这种绝缘避免了匝间的接触。

连接到初级绕组上的电压称为初级电压，而次级绕组中的感应电压称为次级电压。二次电压大于一次电压称为升压变压器，二次电压小于一次电压称为降压变压器。因此，根据电压等级将其划分为高压绕组和低压绕组。

与LV绕组相比，HV绕组需要更多的绝缘来承受高电压，也需要更多的间隙到芯和身体。

变压器线圈可以是同心线圈或夹芯线圈。芯式变压器采用同心线圈，壳式变压器采用夹芯线圈。在同心布置中，低压绕组放置在靠近铁芯的地方，高压绕组放置在低压绕组周围，以降低绝缘和间隙要求。最常用的变压器线圈包括螺旋线圈、夹芯线圈、盘状线圈和交叉线圈。

变压器的其他必要部件是节能罐，用于提供必要的储油，使得重负载下油的压力沉降下来。当变压器中的油受加热，自然，油膨胀和收缩。在此，油经受重压，使得没有保守箱，将有可能爆裂变压器。

套管为从变压器绕组上取下的输出端子提供绝缘。这些可以是瓷或电容器类型的套管，并根据操作电压的水平，这些是选择的。因为简单，耐用和坚固的结构，变压器需要一点维护。由于没有运动部件，变压器的效率非常高，可能在95%到98%之间。

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变压器的分类

变压器分为几种类型取决于各种因素，包括电压额定值，建筑，冷却类型，交流系统的相数，它被使用的地方等。让我们讨论一下这些类型的变压器。

基于函数

变压器根据电压等级的转换分为两种类型。这些是升压和降压变压器。

升压变压器

在升压变压器中，二次电压大于初级电压。这是由于与次级的主要线圈数量较少。这种类型的变压器用于将电压提高到更高水平。它们用于传输系统中，并且在更高的功率水平下额定值。

降压变压器

在降压变压器中，由于二次绕组匝数较少，二次电压小于一次电压。因此，这种类型的变压器是用来降低电压到规定的水平的电路。大多数电源使用降压变压器，以保持电路的工作范围到一个指定的更安全的电压极限。这些类型的变压器用于配电系统(电力变压器)和电子电路(电子变压器)。

需要注意的是，该变压器是可逆装置，既可作升压变压器，也可作降压变压器。例如，如果电路需要一个高电压，我们将HV端子连接到负载，而负载或电路需要一个低电压，我们将低压端子连接到负载。

变压器电压之比是由匝数之比决定的。随着绕组中匝数的增加，在绕组中产生的电压也会提高。因此，降压变压器次要匝数较少以产生低电压，初级匝数较多以承受交流电源的高电压水平。

匝数比=一次电压/二次电压=一次匝数/二次匝数

匝数比VP /VS = NP /NS

基于核心构建

根据结构，变压器按绕组绕铁心的方式分为两类。这些类型是铁心和壳式变压器。

核心变压器

在这种类型的变压器中，绕组围绕着铁芯的相当大一部分。配电变压器一般为铁心型。有些大功率变压器是壳式的。

形绕，圆柱线圈用于铁芯型变压器，这些线圈可以是矩形，或椭圆形，或圆形。对于小尺寸铁芯型变压器，使用简单的矩形铁芯和圆形或矩形的圆柱形线圈。

对于大型铁芯型变压器，采用十字形铁芯配圆形或圆形圆柱形线圈。在大多数铁芯式变压器中，圆柱线圈由于其机械强度而被使用。这些圆柱形线圈被螺旋状的层所缠绕，并通过布、纸、云母等绝缘材料彼此绝缘。

与HV绕组相比，易于绝缘LV绕组;因此它放置在核心上。

壳牌型变压器

在壳式变压器中，铁芯包围着相当大一部分的铜绕组，作为与铁芯式变压器相反的外壳。在这种类型也，线圈是前缠绕，但是多层盘型线圈，受伤的形式煎饼。这些多层盘线圈在不同的层被纸分开彼此。整个绕组由堆叠的盘片组成，线圈之间设有绝缘空间，形成水平绝缘和冷却管道。

浆膜变压器是最常用的壳牌型变压器。在壳体类型中，核心有三肢，绕组缠绕在中央肢体周围。LV和HV绕组均分成不同的线圈，其交替排列。在LV绕组之间，HV绕组夹在一起。再次降低绝缘要求，LV绕组邻近芯。这种类型的结构对于高评级变压器是优选的。

基于供应的性质

根据电源的性质，变压器可以是单相或三相变压器。单相变压器设计用于单相系统;因此它有两个绕组来改变电压水平。这些用于电力分配系统的远端。与三相变压器相比，这些变压器的额定功率更小。这种类型的变压器大多采用铁芯式结构。

对于三相系统，我们需要三个单相变压器。因此，为了经济上的优势，考虑采用三相变压器进行三相运行。它由三个或多个线圈组成，它们以适当的方式连接，以匹配输入电压。这种类型的变压器，一次和二次绕组根据负载电压要求以星形三角或三角星形形式连接

基于使用

1. 电力变压器
2. 分配变压器
3. 仪表变压器

其他类型变压器

根据冷却的类型这些被分类

1. 自空气冷却变压器
2. 风冷式变压器
3. 注油自冷变压器
4. 充油水冷式变压器
5. 注油强制油冷变压器

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变压器工作原理

变压器的工作是基于两个线圈或绕组之间的互感原理，它们由一个共同的磁通量连接。用交流电源给一次绕组通电时，在一次绕组中建立一个磁通量。

由于铁芯为磁通量提供了一个低磁阻路径，所以该磁通量与初级和次级绕组相连。因此，由一次绕组产生的大部分磁通与二次绕组连接。这被称为主通量或有用通量。而不与二次绕组相连的磁通称为漏磁通。大多数变压器设计为低漏磁以减少损耗。

根据法拉第电磁感应定律，这种磁链与初级绕组和次级绕组都会在它们内部产生电磁场。每个绕组中所感应的电动势与其中的匝数成正比。初级绕组中感应到的电压或电动势称为反电动势，它与输入电源电压相对，使初级电流无法流动。

但是很小的磁化电流流过变压器的初级部分。二次绕组中感应的电动势是开路电压。如果二次回路闭合或负载连接，二次电流开始流过它，这导致产生退磁磁通量。由于这种退磁通量，在施加电压和反电动势之间产生不平衡。

为了恢复这两者之间的平衡，更多的电流从供电源，从而产生等效磁场，以平衡二次磁场。

由于相同的相互通量绕组绕组，所以在两个绕组的每个转弯中引起的EMF是相同的。因此，每个绕组中的总诱导的EMF必须与该绕组的匝数成比例。事实证明，在诱导的EMF和匝数之间建立了众所周知的关系。并被给予

E1 / e2 = n1 / n2

由于两个绕组的端电压与其感应电动势略有不同，我们可以写成

V1 / V2 = N1、N2

这叫做变压器的变换比。在升压变压器中，该变换值大于单位，在降压变压器中小于单位。

根据安培匝平衡，

I1N1 = I2N2

I1和I2 = N2 / N1

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变压器等效电路

一个机器或设备的等效电路仅仅是对组合了固定和可变电阻和电抗的方程式的解释，它精确地模拟或描述了机器的完整行为。

一般来说，变压器的电压和电流问题可以用相量图来解决。然而，为了便于计算，用等效电路表示变压器是非常方便的。

将直接电路理论应用到等效电路中，可以很容易地求出变压器中的电流和电压。

上图显示了变压器的等效电路，其中设想一次绕组和二次绕组的电阻和电抗都在绕组的外部(分别显示)。空载电流Io是磁化分量Iu和有源分量Iw的组合。

因此，磁化电流的效果表示为XO，并且有源组分或核心损耗分量的效果由非电感电阻RO表示。如图所示，ro和xo都连接在初级绕组上。该并联组合被称为在无负载条件下的等效电路。

当负载连接到次级时，电流I2开始流过次级电路并导致X2和R2上的电压降。如上所述，由于二次电流I2，初级抽出更多电流。因此，初级电流I1在R1和X1上导致相当大的掉落。

为了使计算简单，将二次电阻和电抗转移到一次侧，使等效电路进一步简化，E2/E1比在相位和幅度上都不受影响。

二次电动势的一次等效是

E2 ' = E2 / K

K是变换比

类似地，辅电压的主要等同物是

V2 ' = V2 / K

二次电流的一次当量是

I2 = I2 / K

假设R2 '是转移到主侧的阻力，它在主侧产生的落差与在次级侧相同。所以I2'R2 '是主电路中R2的电压降。这就证明了I2'R2 '和I2R2的比值必须等于N1/N2(匝数比)。

因此,

(i2r2) / (i2r2) = n1 / n2 = (1/ k)

R2 ' = R2 × (i2 / i2 ') × (1/ k)

但是(I2 / I2 ') = (N1/N2) = (1/K)

因此，r2'= r2 / k²

同样，x2'= x2 / k²

用同样的方法，负载电阻和电抗也可以转移到一次侧。有了这些转移值，变压器的确切等效电路如下所示。

也可以将初级电阻和电抗(或简单的阻抗)转移到次级，就像次级电阻和电抗(或阻抗)转移到初级一样。设R1′和X1′为由一次侧转移到次侧的电阻和电抗，则

R1 ' = K²R1

x1'= k²X1

值得注意的是，空载电流是满载电流的一小部分，而且E1与V1相差很小，因此电流I2 '实际上等于I1。

因此，由R1和X1上的空载电流Io引起的电压下降被忽略。因此，将Ro和Xo组成的空载并联支路移至最左边，使等效电路进一步简化，如下图所示。

该电路称为变压器的适当等效电路，称为初级侧。因此，通过添加串联电阻和抗距，分析变得简单。

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变压器的损失

变压器没有运动部件，因此没有机械损耗。因此，变压器中的损耗被认为是电能损耗。变压器存在两种损耗:铁芯损耗和铜损耗。

铁芯或铁芯损耗

这些损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。

设置在变压器铁芯内的磁通量为交流型;因此，它经历了一个磁化和退磁的周期。在此期间，需要适当的功率来连续逆转铁芯的基本磁体。这被称为滞后效应，由于这种相当大的能量损失发生。

滞后损耗= K_hB_米^1.67F V Watts.

在那里,

K_h=滞后常数

B_米=最大磁通密度

f =频率

v =核心的卷

由于变压器芯由也是良好导体的铁磁材料组成。因此，将与核心连接的磁通量诱导核心的EMF。因此，核心在核心中设置涡流，从而在核心中发生相当大的涡流损耗。

涡流损失= k_eB_米²f²t²W /单位音量

在那里,

K_e=涡流常数

T =芯的厚度

从上述两个方程可以看出，固定频率下的电源电压是恒定的，因此磁芯中的磁通密度几乎是恒定的。因此，在所有负载中，磁滞和涡流损耗都是恒定的。因此，铁芯损耗也称为恒定损耗。

采用硅钢等高品质磁芯材料，具有极低的磁滞回线，使磁滞损失最小化或减少。另一方面，采用叠片铁芯可减小涡流损耗。这些常量或铁芯损耗可以通过在变压器上导通开路来测量。

铜的损失

当它带有负载电流时，这些损耗发生在变压器的卷绕电阻中。通过添加初级和二次铜损失来获得变压器中的总铜损失。这些是通过在变压器上进行短路搁置来找到这些。

变压器的其他损耗包括介质损耗和杂散负载损耗。杂散损耗是由槽内的涡流和绕组导体引起的。介质损耗发生在绝缘材料中，如变压器的油和固体绝缘。

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变压器效率

它是在特定负载和功率因数下运行的变压器的有效输出功率与输入功率的比值。

效率=输出/输入

=产量/(产量+总损失)或

= (Input - Losses)/输入

= 1-(损耗/输入)

一般变压器的效率在95 ~ 98%的范围内。从上面的效率方程可以看出，效率取决于瓦，而不是额定伏安。因此，在任何电压安培额定值下，变压器的效率取决于功率因数。在单位功率因数下，效率是最大的，通过计算OC和SC试验的总损耗来确定。

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变压器的应用

• 在电力传输系统中，如输配电系统，升高或降低电压水平。
• 变电站、工业控制线路等的低压线路与高压线路隔离。
• 仪表变压器如电流互感器和电压互感器用于保护和仪表指示系统。
• 这些也用于阻抗匹配。

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