变压器
仪器信息网 · 2009-09-07 11:29 · 25866 次点击
data/attachment/portal/201111/06/10545522yhw3990fua9n2p.jpgS9-M电力变压器
原理:利用电磁感应原理将电能或电信号从一个电路传递到另一个电路的静止器件。电子电路中的变压器主要用于电压幅度变换和电路负载的阻抗匹配变换。它由绕在铁芯上的初级绕组(原组)和次级绕组(副组)组成。工作电压自毫伏级到千伏级;输出功率从毫瓦级到千瓦级;工作频率从几十赫一直到射频;波形除正弦波外,还有矩形波、脉冲波和各种复杂的波形。常用的变压器除一般的电源变压器外,还有音频变压器、阻抗匹配变压器、脉冲变压器、视频变压器、射频变压器等。
目录
发展简况
理想变压器的原理
原理演示
分类
参数
音频变压器和高频变压器特性参数
主要组成部分
结构与材料
参考链接
发展简况
1831年英国物理学家M.法拉第最早进行变压器实验。1888年美国N.特斯拉取得多相感应电动机的专利后,将变压器应用于电力传输系统中。1892年英国的J.A.弗莱明撰写的第一本关于变压器的专著于伦敦出版,1904年他又发明了真空二极管,对整流变压器在电子电路中的应用起到促进作用。20年代,无线电广播事业兴起,小型电源变压器和音频变压器广泛应用于各类收音机中。脉冲变压器的应用与30年代后雷达与电视的发展密切相关。
理想变压器的原理
data/attachment/portal/201111/06/105455qb4g12cpyc3iq4op.jpg电力变压器
理想变压器的两个基本公式是:
(1)U1/U2=N1/N2,即对同一变压器的任意两个线圈,都有电压和匝数成正比。
(2)P入=P出,即无论有几个副线圈在工作,变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。虽然变压器从原理上讲是这样的
制作变压器的原理:在发电机中,不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈,均能在线圈中感应电势,此两种情况,磁通的值均不变,但与线圈相交链的磁通数量却有变动,这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应,变换电压,电流和阻抗的器件。
简单讲变压器原理:
不妨拆开一个废旧的收音机中的变压器。可以看到,变压器里面主要是一块钢铁周围绕着两组铜线。这块钢铁称为铁芯,它是用软磁材料做的。铜线称为线圈,其中一组用来连接输入电流,称为初级线圈(N1),另一个连接后面的用电器,称为次级线圈(N2)。
如果N1通过一个交流电,那么它就会产生一个变换的磁场H,这样,铁芯处于磁场中会被磁化,产生变换的磁矩M。磁矩和磁场的和称为磁通B。可以想象初级线圈通过交流电后会在铁芯中产生来回变化的磁力线。
另一方面,次级线圈N2也是套在铁芯上的。根据电磁感应原理我们又知道,N2中间的面积中磁力线的变化一定会在N2中感生一个感应电压。如果N2后面接着用电器,那么N2中就会流过电流。这样,通过铁芯内部的变化的磁力线,电就从初级线圈传到了次级线圈。
变压器初级和次级线圈的电压和电流大小有固定的关系:电压和线圈的匝数成正比,而电流和匝数的平方成反比。这样,通过变压器,就实现了电压和电流的变换。
变压器原理虽然简单,但是变压器的形式却多种多样,大变压器可重达数十吨,而小变压器比钮扣还小。
原理演示
data/attachment/portal/201111/06/105455j36mi9zejshlv95j.gif变压器
变压器的基本原理是电磁感应原理,现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理(如上图):当一次侧绕组上加上电压?1时,流过电流?1,在铁芯中就产生交变磁通?1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势?1,?2,感应电势公式为:E=4.44fN?m
式中:E--感应电势有效值
f--频率
N--匝数
?m--主磁通最大值
由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势E1和E2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压?1和?2大小也就不同。
当变压器二次侧空载时,一次侧仅流过主磁通的电流(?0),这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流?2时,也在铁芯中产生磁通,力图改变主磁通,但一次电压不变时,主磁通是不变的,一次侧就要流过两部分电流,一部分为激磁电流?0,一部分为用来平衡?2,所以这部分电流随着?2变化而变化。当电流乘以匝数时,就是磁势。
上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用,变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。
分类
data/attachment/portal/201111/06/105455vblc55sajgszgtbg.jpg小功率的三相R型电源变压器
按冷却方式分类:干式(自冷)变压器、油浸(自冷)变压器、氟化物(蒸发冷却)变压器。
按防潮方式分类:开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。
按铁芯或线圈结构分类:芯式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、壳式变压器(插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯)、环型变压器、金属箔变压器。
按电源相数分类:单相变压器、三相变压器、多相变压器。按用途分类:电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
按用途分类:电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。
参数
data/attachment/portal/201111/06/105455poktpnalpkzozkz8.jpg配电变压器
1工作频率
变压器铁芯损耗与频率关系很大,故应根据使用频率来设计和使用,这种频率称工作频率。
2额定功率
在规定的频率和电压下,变压器能长期工作,而不超过规定温升的输出功率。
3额定电压
指在变压器的线圈上所允许施加的电压,工作时不得大于规定值。
4电压比
指变压器初级电压和次级电压的比值,有空载电压比和负载电压比的区别。
5空载电流
变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流(产生磁通)和铁损电流(由铁芯损耗引起)组成。对于50Hz电源变压器而言,空载电流基本上等于磁化电流。
6空载损耗:
指变压器次级开路时,在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗,其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗(铜损),这部分损耗很小。
7效率
指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大,效率就愈高。
8绝缘电阻
表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。
音频变压器和高频变压器特性参数
data/attachment/portal/201111/06/105455aifkb4t4yybfzoqc.jpg干式变压器
1频率响应
指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。
2通频带
如果变压器在中间频率的输出电压为U0,当输出电压(输入电压保持不变)下降到0.707U0时的频率范围,称为变压器的通频带B。
3初、次级阻抗比
变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配,则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下,变压器工作在最佳状态,传输效率最高。
主要组成部分
data/attachment/portal/201111/06/105455inva01213tewjsra.jpg变压器
变压器的主要部件有:
(1)器身:包括铁心、绕组、绝缘部件及引线。
(2)调压装置:即分接开关,分为无励磁调压和有载调压
(3)油箱及冷却装置。
(4)保护装置:包括储油柜、安全气道、吸湿器、气体继电器、净油器和测温装置等。
(5)绝缘套管。
结构与材料
data/attachment/portal/201111/06/105455ozzvpgzhzrfazfaj.jpg三相变压器
变压器由铁芯和绕组组成,有时还要加屏蔽。铁芯是变压器磁路的主体,它的结构形式有芯式及壳式两类。芯式铁芯的优点是散热面积大,适用于较大功率;采用双绕组芯式铁芯时,外界磁场的干扰电势可互相抵消,因此这种结构适用于低电平输入变压器。壳式的优点是结构简单,但体积较大,一般用于小功率电源变压器。环形(属芯式)和盒形(属壳式)磁路无空气隙,所以漏磁小,受外界干扰也小,更适用于较高频率。
绕组由漆包线和绝缘材料构成,应具有足够的抗电强度及耐热性。绕法有一般、交叉、分段、环形绕法等。适当选择绕法可降低分布电容和减小漏感。
类型和应用电子电路中应用的变压器类型很多,根据频率区分有电源变压器、音频变压器和脉冲变压器。
电源变压器用于各种电子设备和仪器。初级接入电源,次级可有多个输出不同电压的绕组。
音频变压器主要作级间耦合、阻抗匹配和功率传输等。音频变压器包括话筒变压器、输入及输出变压器、级间变压器、隔离变压器等。这种变压器的频率响应好,对工作于音频低端的主电感量要大;工作于音频高端的漏感量和分布电容要小。可选择导磁率较高的磁芯和采用分段和交叉绕法等措施来实现。
脉冲变压器用于计算机、雷达、电视等的脉冲电路中。主要用作脉冲电压幅度变换、阻抗匹配、脉冲功率输出等。当输入为矩形脉冲时,漏感和分布电容将影响脉冲前沿抖动,而分布电容和初级电感量有可能在后沿引起振荡;如脉冲宽度较大,则主电感量的大小将是主要的影响因素。为此,要想从次级获得小失真和最低功耗的脉冲输出,对铁芯的选择和绕组结构的要求都应比音频变压器严格,脉冲重复频率越高,要求也越严。
变压器的发展方向是:采用质量更高的磁性材料,如更薄的晶粒取向硅钢带材、超高导磁率的镍铁合金等;进一步改革结构以提高脉冲变压器单位体积内的输出功率和使用频率上限;采用耐更高温、绝缘性能更为优良的导线等。
参考链接
1、NathanR.Crossner,TransformersforElectronicCircuits,McGraw-Hill,NewYork,1967.
2、http://www.dianliz.com/article/20071005/822.html
3、http://www.71168.cn/2006/2006-6-14/200661485922.html
4、http://wangsaiyu.dz-z.com/Product_1348169.html