變壓器運行的核心是磁感應,這種現象使變化中的磁場能夠在附近的電路中產生電流。在變壓器中,其中一個線圈稱為“原邊”或“輸入線圈”，另一個線圈稱為“次邊”或“輸出線圈”.

電力變壓器是一種由兩個或兩個以上的繞組組成的靜態(tài)電磁感應裝置,其設計目的是改造一個?交流電壓 和電流進入另一個交流電壓和電流系統(tǒng),通常具有不同的值,但頻率相同,用于傳輸電能。它們可以是低功率、中功率或高功率的,這取決于它們所能承受的最大電壓和電流。

兩個線圈的轉動次數之間的比率決定輸出電壓和電流。簡單地說,如果第二次的轉動比第一次的多,輸出電壓會更高,而電流會更低。相反,如果第二次的轉動較少,電壓將較低,電流將較高。然而,在這兩種情況下,電壓和電流(功率)的乘積保持不變,確保(至少在理論上)沒有電力損失。這一系統(tǒng)允許電力規(guī)?；?使其適合于不同的應用和不同的用戶。除了降低電壓,變壓器也可以提高它.

這在高壓輸電線路中是有用的,為此,提高電壓以減少傳輸過程中的能量損失是必要的。如果在初級繞組中有交流電流流動,就會產生與次級繞組連接的磁通量,而在次級繞組中就會產生交流量。變壓器可以改變電路的"電阻",使其與不同的設備兼容,實現阻抗匹配。

圖1顯示了變壓器的電氣符號。位于電感附近的兩個黑點表明它們是相互耦合的。變壓器的所有參數都緊密相連,例如電流、電壓和組成變壓器的電感的轉動次數。我們尤其:

理論上,主要系統(tǒng)和次級系統(tǒng)的耗散功率是相同的,但實際上,歸納系統(tǒng)的典型方法是考慮小功率和轉移損耗。因此,我們有下列的平等性,它也考慮到了二級和一級之間的阻抗適應:

請注意,"A"代表的是轉換率。

圖1:變壓器的電氣符號

真正的變壓器

由于實際材料沒有零阻抗和其他非線性條件存在,實際變壓器不能反映理想材料的特性,因此它的特點總是電力損失,盡管小。特別是,應該注意到,某些流動是分散在空氣中而不是在鐵磁材料中,造成分散。

此外,鐵磁材料的滲透性受到限制,而且繞組是由具有小電阻的導體組成的,由于焦耳效應而導致加熱和能量損失。此外,鐵磁材料也會產生渦流,這也取決于交流電通過變壓器的頻率。

在圖2中可以觀察到變壓器的等效圖,其中包括額外的電容和感應組件,這些組件使理論和理想系統(tǒng)的運行更接近實際系統(tǒng)。注意,由于變壓器導體的非理想性,在系統(tǒng)運行過程中產生一定比例的熱量,所以電阻元件與主繞組和二次繞組(R1S和R2S)串聯(lián)存在。另一種耗散是由于鐵材料的損耗而產生的磁滯,而鐵材料的損耗會產生額外的熱量。

進一步的歸納損失源于LD1、LD2和LM。此外,其他寄生電容存在于一個線圈和另一個線圈之間,因為它們是疊加的,并在各層之間有潛在的差異。它們越大,轉動的次數越多,變壓器的尺寸也越大。

圖2:變壓器的真實電氣圖

在電力變壓器,特別是電力變壓器這一主題范圍內,了解如何管理電力損失非常重要,特別是如果目的是優(yōu)化節(jié)能。在通用變壓器中,有源功率損失是輸入功率和輸出功率之間差異的結果。電力損失意味著上游階段的規(guī)模過大,而能源損失則增加了主要來源的消耗。

在電壓變換中,銅損失(取決于負載電流的平方)和鐵損失(與電壓的平方成正比)也被考慮在內。電阻損失是由于焦耳效應造成的,主要是由主繞組和二次繞組的電阻造成的,而電感損失則取決于構成磁芯的材料和層壓的類型。為了盡量減少損耗,有必要研究芯的幾何形狀,特別是其材料(銅、鋁或其他),導體的形狀,以及不同磁導率的磁性材料的質量。

任何類型的電力變壓器的制造商,無論是小型、中型還是大型,都必須遵守政府指令規(guī)定的能源效率和生態(tài)設計目標,以減少這些裝置的能源消耗。

瓦茨和伏特安培

變換器是電力分配系統(tǒng)的基礎。伏安等級是指相對于變壓器所能提供給負載的能量量的功率分布。伏安(VA)是電力領域測量的基本單位。它表示電路中的表觀功率,包括實際功率和無功功率。

實際上,它測量電路中的有源功率和無源功率,同時考慮到總功率,包括非生產性振蕩的功率。在交流電路中,電壓和電流并不總是相合.功率因數也用于計算,即實際功率與表觀功率的比率。

它在0到1之間,更高的功率因數表明電力系統(tǒng)在將表觀功率轉換為實際功率時效率更高。如果負載純粹是電阻的,則功率(有源功率)用瓦特表示,并按下列公式計算:

然而,如果負載不是純粹電阻的,而是包含電感或電容器,就會產生能量積累,使計算復雜化。感應負載以磁場的形式存儲能量,而電容負載以電場的形式存儲能量,并在每半波的情況下將其返回網絡,而不是實際使用它。

因此,電流的一部分反復反復地來回流動,雖然可以測量,但它不利于作為有源功率的瓦茨的實際消費。由于這個特殊原因,實際消費總是低于伏特X安培產品。因此,表觀功率用伏安(VA)表示,它與產品伏安相等,也考慮到相移。按慣例,伏安值大約是瓦特值的1.4倍,但會隨情況變化。

電壓和電流之間的相移是用電壓和電流矢量之間角的余弦來計算的,這種余弦被稱為COS-PI或功率因數。如上段所述,其范圍在0至1之間,相關關系如下:

根據負載的類型,電壓和電流之間可能會發(fā)生相移(見圖3)。當電壓施加于電阻負載時,通過它的電流就成比例變化。該功率被稱為有源功率,它是用瓦特(W)測量的,其計算非常簡單,根據以下產品:

其他負載類型,包括電感和電容,表現不同。如果電壓增加,電感器最初會反對電流的通過,因為它會在自身周圍形成磁場。電流增加,但有一定的延遲.換句話說,如果你在變壓器上施加交流電壓,電壓達到其頂端,但電流保持在接近零的水平,然后當電壓開始下降時,電壓就增加了。

電流波形始終呈正弦形,但滯后于電壓,在兩個正弦體之間,有一個相移等于其角的余弦。當電壓和電流完全同步時,COS-PAI等于1。相反地,當它們是最大的無相(最大電壓和零電流)時,它等于零?；旌辖橘|負載的COS-PI的典型值為0.7%。

圖3:負載類型改變電壓和電流之間的相移

結論

核心的環(huán)形形狀優(yōu)化了磁通量,以最小的材料量達到最大的效率。換句話說,它們非常適合變壓器和電感器,因為它們能讓用戶用較少的材料獲得強大的磁場。緊湊型結構減少了部件的質量,便于散熱,并盡量減少熱變化對電氣參數的影響。繞組和鐵芯之間的空間有限,也有助于防止渦流導致的過熱,這是變壓器問題,不可避免地隨著頻率的增加而增加。