變壓器的基本結構是由鐵芯和繞組(線圈)組成的。變壓器鐵芯是由兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝而成的。繞組是繞在鐵芯上的兩個匝數(shù)不等的線圈,與相連的繞組稱為一次繞組,與負載相連的繞組稱為二次繞組。變壓器就是利用一次繞組和二次繞組匝數(shù)不同而進行變壓的。
變壓器的種類很多,各種變壓器都是利用電磁感應原理進行工作的。在鐵芯柱上裝有一次繞組和二次繞組。一次繞組與電源相接,二次繞組與負載相接。當變壓器一次繞組接入電源時,交流電源電壓在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通。磁通以鐵芯為閉合回路,穿過一次繞組及二次繞組,于是在二次繞組中產(chǎn)生感應電動勢。如果在二次繞組輸出端接入負載,就會在負載中流過交流電流。
根據(jù)電磁感應原理,在一次繞組和二次繞組中產(chǎn)生的感應電動勢分別為
E1=4.44fN1Φm
E2=4.44fN2Φm
式中,f為電源頻率(Hz);N1為一次繞組匝數(shù);N2為二次繞組匝數(shù);Φm為交變主磁通的最大值。
略去一次繞組的阻抗壓降不計,則電源電壓與自感電動勢數(shù)值相等,即
U1=E1
空載時,二次繞組的端電壓U2=E2,兩繞組的電壓比為
U1/U2=E1/E2=N1/N2
此關系式表明變壓器一、二次繞組電壓之比等于一、二次繞組匝數(shù)之比。
當二次繞組接上負載時,二次繞組電路中有電流,2通過,這時在一、二次繞組中產(chǎn)生的磁勢滿足
I1N1=I2N2
即I1/I2=N2/N1
此式說明變壓器一、二、次繞組電流與一、二次繞組匝數(shù)成反比。
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A、電壓比:
變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2,N1為初級,N2為次級、在初級線圈上加一交流電壓,在次級線圈兩端就會產(chǎn)生感應電動勢、當N2>N1時,其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高,這種變壓器稱為升壓變壓器:當N2
式中n稱為電壓比(圈數(shù)比)、當n<1時,則n1>N2,V1>V2,該變壓器為降壓變壓器、反之則為升壓變壓器、
B、變壓器的效率:
在額定功率時,變壓器的輸出功率和輸入功率的比值,叫做變壓器的效率,即
η=x100%
式中η為變壓器的效率;P1為輸入功率,P2為輸出功率、
當變壓器的輸出功率P2等于輸入功率P1時,效率η等于100%,變壓器將不產(chǎn)生任何損耗、但實際上這種變壓器是沒有的、變壓器傳輸電能時總要產(chǎn)生損耗,這種損耗主要有銅損和鐵損、
銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗、當電流通過線圈電阻發(fā)熱時,一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗、由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成,因此稱為銅損、
變壓器的鐵損包括兩個方面、一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化,使得硅鋼片內(nèi)部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗、另一是渦流損耗,當變壓器工作時、鐵芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會產(chǎn)生感應電流,由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流,且成旋渦狀,故稱為渦流、渦流的存在使鐵芯發(fā)熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗、
變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關系,通常功率越大,損耗與輸出功率就越小,效率也就越高、反之,功率越小,效率也就越低、
怎樣判別電源變壓器參數(shù)
電源變壓器標稱功率、電壓、電流等參數(shù)的標記,日久會脫落或消失。有的市售變壓器根本不標注任何參數(shù)。這給使用帶來極大不便。下面介紹無標記電源變壓器參數(shù)的判別方法。此方法對選購電源變壓器也有參考價值。
一、識別電源變壓器
1、從外形識別常用電源變壓器的鐵芯有E形和C形兩種。E形鐵芯變壓器呈殼式結構(鐵芯包裹線圈),采用D41、D42優(yōu)質(zhì)硅鋼片作鐵芯,應用廣泛。C形鐵芯變壓器用冷軋硅鋼帶作鐵芯,磁漏小,體積小,呈芯式結構(線圈包裹鐵芯)。
2、從繞組引出端子數(shù)識別電源變壓器常見的有兩個繞組,即一個初級和一個次級繞組,因此有四個引出端。有的電源變壓器為防止交流聲及其他干擾,初、次級繞組間往往加一屏蔽層,其屏蔽層是接地端。因此,電源變壓器接線端子至少是4個。
3、從硅鋼片的疊片方式識別E形電源變壓器的硅鋼片是交*插入的,E片和I片間不留空氣隙,整個鐵芯嚴絲合縫。音頻輸入、輸出變壓器的E片和I片之間留有一定的空氣隙,這是區(qū)別電源和音頻變壓器的直觀方法。至于C形變壓器,一般都是電源變壓器。
二、功率的估算
電源變壓器傳輸功率的大小,取決于鐵芯的材料和橫截面積。所謂橫截面積,不論是E形殼式結構,或是E形芯式結構(包括C形結構),均是指繞組所包裹的那段芯柱的橫斷面(矩形)面積。在測得鐵芯截面積S之后,即可按P=S2/1、5估算出變壓器的功率P。式中S的單位是cm2。
例如:測得某電源變壓器的鐵芯截面積S=7cm2,估算其功率,得P=S2/1、5=72/1、5=33W剔除各種誤差外,實際標稱功率是30W。
三、各繞組電壓的測量
要使一個沒有標記的電源變壓器利用起來,找出初級的繞組,并區(qū)分次級繞組的輸出電壓是基礎的任務。現(xiàn)以一實例說明判斷方法。
例:已知一電源變壓器,共10個接線端子。試判斷各繞組電壓。
第一步:分清繞組的組數(shù),畫出。
用R×1擋測量,凡相通的端子即為一個繞組。現(xiàn)測得:兩兩相通的有3組,三個相通的有1組,還有一個端子與其他任何端子都不通。照上述測量結果,畫出電路圖,并編號。
從測量可知,該變壓器有4個繞組,其中標號⑤、⑥、⑦的是一帶抽頭的繞組,⑩號端子與任一繞組均不相通,是屏蔽層引出端子。
第二步:確定初級繞組。
對于降壓式電源變壓器,初級繞組的線徑較細,匝數(shù)也比次級繞組多。因此,像圖4這樣的降壓變壓器,其電阻最大的是初級繞組。
第三步:確定所有次級繞組的電壓。
在初級繞組上通過調(diào)壓器接入交流電,緩緩升壓直至220V。依次測量各繞組的空載電壓,標注在各輸出端。如果變壓器在空載狀態(tài)下較長時間不發(fā)熱,說明變壓器性能基本完好,也進一步驗證了判定的初級繞組是正確的。
四、各次級繞組最大電流的確定
變壓器次級繞組輸出電流取決于該繞組漆包線的直徑D。漆包線的直徑可從引線端子處直接測得。測出直徑后,依據(jù)公式I=2D2,可求出該繞組的最大輸出電流。式中D的單位是mm。