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變壓器的基本原理及專業名詞

時間：2021-12-30

中試控股技術博士為您解答：變壓器幾乎在所有的電子產品中都要用到，它原理簡單但根據不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。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

    當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流I1并產生交變磁通ф1，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2，同時ф1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢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，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流”。
    如果次級接上負載，次級線圈就產生電流I2，并因此而產生磁通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，從而使初級自感電壓E1減少，其結果使I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關系。當次級負載電流加大時I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好補充了被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，可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據需要通過改變次級線圈的圈數而改變次級電壓，但是不能改變允許負載消耗的功率。
    二、變壓器的損耗
    當變壓器的初級繞組通電后，線圈所產生的磁通在鐵心流動，因為鐵心本身也是導體，在垂直于磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產生電流，好象一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在著電阻，電流流過時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小于輸入功率，為此我們引入了一個效率的參數來對此進行描述，η=輸出功率/輸入功率。
    三、變壓器的材料
    要繞制一個變壓器我們必須對與變壓器有關的材料要有一定的認識，為此這里我就介紹一下這方面的知識。
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，變壓器的質量所用的硅鋼片的質量有很大的關系，硅鋼片的質量通常用磁通密度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，
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。對于導線的要求，是導電性能好，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型號的高強度的聚脂漆包線。
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，還要過一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強變壓器的機械強度、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。

電工學名詞解釋

1、電阻率---又叫電阻系數或叫比電阻。是衡量物質導電性能好壞的一個物理量，以字母ρ表示，單位為歐姆*毫米平方/米。在數值上等于用那種物質做的長1米截面積為1平方毫米的導線，在溫度20C時的電阻值，電阻率越大，導電性能越低。則物質的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數值等于溫度每升高1C時，電阻率的增加與原來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----表示物質的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數值等于溫度每升高1C時，電阻率的增加量與原來的電阻率的比值，通常以字母α表示，單位為1/C。
3、電導----物體傳導電流的本領叫做電導。在直流電路里，電導的數值就是電阻值的倒數，以字母ɡ表示，單位為歐姆。
4、電導率----又叫電導系數，也是衡量物質導電性能好壞的一個物理量。大小在數值上是電阻率的倒數，以字母γ表示，單位為米/歐姆*毫米平方。
5、電動勢----電路中因其他形式的能量轉換為電能所引起的電位差，叫做電動勢或者簡稱電勢。用字母E表示，單位為伏特。
6、自感----當閉合回路中的電流發生變化時，則由這電流所產生的穿過回路本身磁通也發生變化，因此在回路中也將感應電動勢，這現象稱為自感現象，這種感應電動勢叫自感電動勢。
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生的磁通有一部分與第二只線圈相環鏈。當首線圈中電流發生變化時，則其與第二只線圈環鏈的磁通也發生變化，在第二只線圈中產生感應電動勢。這種現象叫做互感現象。
8、電感----自感與互感的統稱。
9、感抗----交流電流過具有電感的電路時，電感有阻礙交流電流過的作用，這種作用叫做感抗，以Lx表示，Lx=2πfL.
10、容抗----交流電流過具有電容的電路時，電容有阻礙交流電流過的作用，這種作用叫做容抗，以Cx表示，Cx=1/12πfc。
11、脈動電流----大小隨時間變化而方向不變的電流，叫做脈動電流。
12、振幅----交變電流在一個周期內出現的大值叫振幅。
13、平均值----交變電流的平均值是指在某段時間內流過電路的總電荷與該段時間的比值。正弦量的平均值通常指正半周內的平均值，它與振幅值的關系：平均值=0.637*振幅值。
14、有效值----在兩個相同的電阻器件中，分別通過直流電和交流電，如果經過同一時間，它們發出的熱量相等，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。交流電的瞬時功率不是一個恒定值，功率在一個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來表示，單位為瓦特。
17、無功功率----在具有電感和電容的電路里，這些儲能元件在半周期的時間里把電源能量變成磁場（或電場）的能量存起來，在另半周期的時間里對已存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進行能量交換，并沒有真正消耗能量。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（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----單位面積上所通過的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁場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----又稱導磁系數，是衡量物質的導磁性能的一個系數，以字母μ表示，單位是亨/米。
26、磁滯----鐵磁體在反復磁化的過程中，它的磁感應強度的變化總是滯后于它的磁場強度，這種現象叫磁滯。
27、磁滯回線----在磁場中，鐵磁體的磁感應強度與磁場強度的關系可用曲線來表示，當磁化磁場作周期的變化時，鐵磁體中的磁感應強度與磁場強度的關系是一條閉合線，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強度（或磁場強度）的大值有關，在畫磁滯回線時，如果對磁感應強度（或磁場強度）大值取不同的數值，就得到一系列的磁滯回線，連接這些回線頂點的曲線叫基本磁化曲線。
29、磁滯損耗----放在交變磁場中的鐵磁體，因磁滯現象而產生一些功率損耗，從而使鐵磁體發熱，這種損耗叫磁滯損耗。
30、擊穿---絕緣物質在電場的作用下發生劇烈放電或導電的現象叫擊穿。
31、介電常數---又叫介質常數，介電系數或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數，以字母ε表示，單位為法/米。
32、電磁感應---當環鏈著某一導體的磁通發生變化時，導體內就出現電動勢，這種現象叫電磁感應。
33、趨膚效應---又叫集膚效應，當高頻電流通過導體時，電流將集中在導體表面流通，這種現象叫趨膚效應。