变压器原理(二).ppt

1 变压器原理 电感变压器 之二 2 想一想 给思想一片飞翔的天空 3 培训大纲 给思想一片飞翔的天空 4 变压器构造 给思想一片飞翔的天空 5 变压器特定符号 输入端220V50HZ 输出端50HZ 每一个变压器都由两组线圈组成 其中1 2两端称为输入端 直接接220V伏的交流电压 1 2两端的线圈称为初级线圈 原线圈 1 2端对面的端子3 4端称为输出端 是用来连接电器设备的 由它相连的线圈的称次级线圈 或称副线圈 中间的一竖表示有铁心的 给思想一片飞翔的天空 6 变压器之铁心 一 变压器的铁心是由磁导率较高的软磁材料制成 一般要求它的磁导率高 损耗小 磁感应强度高 变压器的初级线圈电路和次级线圈电路一般彼此不连通 自耦变压器例外 它的能量是靠铁心中的互感磁通来传递的 为了增强磁通量 减小磁滞及涡流损耗 铁心通常采用导磁系数高又互相绝缘的硅钢片叠加制成 用于50赫的电源变压器的硅钢片的单片厚度一般为0 35 0 5毫米 给思想一片飞翔的天空 7 变压器之铁心 二 硅钢片是铁和硅的合金 在铁中加入硅可以大大提高其电阻系数 减少涡流损耗 但含硅量不宜太大 通常硅钢片的含硅量为0 4 4 5 同时 含硅量少于3 5 的硅钢片才能进行冷辗压加工 制成冷轧硅钢片 用冷轧法制成的硅钢片 可显著地改善其磁性能 在辗压方向上有比一般硅钢片更高的导磁率和更低的磁滞损耗 因此 冷轧硅钢片可作低频大功率电感元件的铁心 给思想一片飞翔的天空 8 变压器之骨架 为了使线圈与硅钢片或其他磁性材料之间绝缘 使线圈和引出线排列整齐 绕线平整紧密 提高绕制效率 变压器的线圈一般都是绕在线圈骨架上的 线圈骨架的常用材料有环氧玻璃纤维板 青壳纸等电工纸板 它的作用是防止线圈两边松散及保证铁心和线圈之间的耐压 因此 要求它有足够的机械强度和绝缘强度 给思想一片飞翔的天空 9 变压器之线圈 变压器的绕组一般采用绝缘良好的漆包线绕制而成 线圈排列的顺序通常是先绕初级线圈 后绕次级线圈 若次级有几个绕组 则应先绕电压较高的绕组 然后再绕低电压绕组 为了增大变压器的绝缘电阻 每绕完一层都应衬垫薄的绝缘纸 给思想一片飞翔的天空 10 变压器之线圈 在各绕组间 由于电位差较大 为了防止绕阻间的击穿 还必须用耐压强度高的黄蜡绸布 涤纶膜等绝缘材料衬垫 此外 为了避免干扰信号通过电源窜入无线电设备 在变压器的初 次级间通常加有铜箔或铝箔在初级线包外缠绕一层 屏蔽层必须与线包绝缘 以免线包短路 金属箔的一端应引出接地 给思想一片飞翔的天空 11 培训大纲 变压器的构造电感变压器的原理变压器线圈计算方法变压器的检测方法 给思想一片飞翔的天空 12 变压器性能参数 变压比 指变压器次级电压与初级电压的比值 或次级线圈匝数与初级线圈匝数的比值 额定功率 指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 额定功率的容量单位用伏安表示 温升 变压器的温升主要指线圈的温升 因为它影响变压器的绝缘性能 温升是变压器通电工作发热后 温度上升到稳定值时比周围的环境温度升高的数值 效率 指变压器的输出功率与输入功率的比值 空载电流 当变压器次级开路时 初级中仍有一定的电流 这部分电流叫空载电流 绝缘电阻 变压器的各绕组间 各绕组与铁心之间并不是理想的绝缘 当外加电压时 总有漏电流存在 这是由于变压器存在绝缘电阻造成的 绝缘电阻越高则漏电流越小 变压器的绝缘电阻过低 可能会使设备机壳带电 工作不稳定 甚至对设备各人身带来危害 给思想一片飞翔的天空 13 变压器的特性 变压器是以互感现象为理论基础的电磁装置 电源提供的能量是从原线圈输入的 用电器具是从副线圈中得到能量 理想变压器是实际变压器的抽象 它忽略了一些次要因素 即假设没有漏磁 2个线圈不存在直流电阻 从而没有导线中的焦耳损耗 铁心中没有铁损 原 副线圈中的感抗趋于0 从而空载电流趋于0 也就是说电能的转换效率是100 电路中 变压器的实际转换效率为80 左右 给思想一片飞翔的天空 14 变压器的工作原理 变压器的工作原理是 在交流电源的作用下 原线圈内产生交变电流 从而在铁心内产生交变的磁通 这个交变的磁通又在副线圈内部产生感应电动势 成为用电器具的电源 这样就完成了能量的传递过程 给思想一片飞翔的天空 15 变比公式 变压器能量转换试验测试条件 在变压器原线圈的回路中串联一只灯泡S和开关K 在副线圈的回路中设置S1和S2等2个灯泡 合上K 使原线圈接通电源 灯泡S会有什么反应 当接通S1灯泡时 原线圈灯泡S又会有什么反应 同时接通S2灯泡时 S灯泡又会有什么反应 给思想一片飞翔的天空 16 变压器能量转换试验 试验结果是 当原线圈开关K闭合时 灯泡S会微微发亮 即表示有电流流过 但是电流很小 这时副线圈因开路而无电流 称为空载 当灯泡S1接通后 灯泡S也变得比空载时亮得多了 当把灯泡S2也接通后 灯泡S2也亮了 灯泡S则又亮了许多 给思想一片飞翔的天空 17 变压器能量转换试验结论 从实验中我们得知 灯S1 S2发亮所需的电能是由电源提供给原线圈后传送到副线圈中的 而能量的大小是由负载确定的 若负载从一盏灯增加到二盏灯 则电源提供的能量也相应地增加 表现在灯S由暗到亮的过程 当没有负载 即为空载 时 电源几乎不提供能量 表现为灯S几乎不亮 如忽略各种损耗 即为理想变压器 则电源输入的功率应等于负载所需的功率 也就是副线圈输出功率 给思想一片飞翔的天空 18 变比公式 如变压器为理想变压器则 原线圈功率 副线圈功率P原线圈 P副线圈P原 U1I1P副 U2I2得 U1I1 U2I2又知U1和U2电压与它们各自线圈的匝数成正比 即U1 U2 N1 N2得到电流与匝数的关系 即 I2 I1 N1 N2从公式中可知电流与匝数成反比 变压器的原线圈的匝数N1多于副线圈的匝数N2 匝数N1多 则电流I1小 匝数N2少 则电流I2大 所以在设计和制作时 应将N2的漆包线线径增大 给思想一片飞翔的天空 19 变压器电路环流演示 在变压器的初级线圈上加220V 50赫兹的交流电压 然后用一根金属棒 全牙 两端接线从环形变压器中心穿过 用金属棒两端电线短接 5秒钟之后金属两端电线严重发热烫手 在一定的时间之后电线将烧断 从以上试验可以看出 实际金属棒从环形电感变压器中心穿过就可以看作电线绕在硅钢片上其实它就是一个电磁装置 所以在安装变压器时应注意不能有任何导体从电感变压器中心穿过 给思想一片飞翔的天空 20 培训大纲 变压器的构造电感变压器的原理变压器线圈计算方法变压器的检测方法 给思想一片飞翔的天空 21 变压器的绕组计算 一 根据使用情况求出输出总功率根据用电器具的功率 求出总的输出功率P出 假如变压器次级线圈是多组抽头的 则输出总功率P出应为各个线圈输出功率之和 P出 U1I1 U2I2 伏安 公式中 U1 U2 次级线圈电压有效值 I1 I2 次级线圈电流有效值 给思想一片飞翔的天空 22 变压器输入电流的计算 一 计算变压器的输入电流由于变压器在带负载运行时 线圈电阻有发热 漏磁通等损耗 因而输入功率的一部分损耗掉了 实际转换的效率约为80 左右 即 输入电流i入 P入 U1 1 1 1 2 安 公式中 U1 初级线圈电压有效值 1 1 1 2 考虑到变压器空载时的经验系数 二 计算线圈的导线直径变压器线圈的导线直径为d 0 715I 毫米 给思想一片飞翔的天空 23 变压器的铁心截面积 变压器的截面积S的大小与变压器功率计算关系为 S K0P出 厘米 公式中 K0 经验系数 可根据下表选用 经验系数K0的参考值S a ba 铁心中柱宽 厘米 b 铁心净选厚 厘米 给思想一片飞翔的天空 24 线圈的匝数 设变压器每感应1伏电动势所需绕的匝数为N0 在频率为50赫下工作时 根据公式 N0 4 5 10 5 BMS 匝伏 可推算出N0 公式中 BM 硅钢片磁通量 单位是高斯 GS BM 磁极轴线处的最大磁感应强度硅钢片有冷轧和热轧2种 冷轧硅钢片的BM可取12000 14000高斯 热轧硅钢片可取7000 12000高斯 如果不知道硅钢片的牌号 可将硅钢片扭一下 如硅钢片薄而脆 则说明磁性很好 为高硅 BM可取大一些 若硅钢片厚而软 则为低硅 BM可取小一些 一般 BM取7000 10000高斯 根据N0就可求出每个线圈的匝数 即 N1 U1N0N2 U2N0注意 在次级线圈中应增加5 的匝数 以便补偿有负载时的电压降 给思想一片飞翔的天空 25 实例 一 首先求出输出总功率然后计算出铁心的截面积再计算每感应一伏电压所需的匝数再计算初级 次级线圈所需的匝数如有电感变压器 PRI 220V 50HZSEC 12V 20 83A250W请计算它的初级与次级所绕的匝数 给思想一片飞翔的天空 26 实例 一 首先计算S截面积 S K0P总 1 575 15 811 24 9CM 计算每感应一伏电压所需匝数 N0 4 5 10 5 BMS 4 5 10 5 7000 24 9 2 58 匝 伏 计算初级 次级线圈匝数 N初 U初 N0 220 2 58 568 匝 N次 U次 N0 12 2 58 105 32 5 匝 给思想一片飞翔的天空 27 变压器的绕制 一 一 绕线前的准备工作 1 选择导线和绝缘材料 选择时应考虑耐压要求和允许厚度 使之能装入铁心的口 2 制作木心 支承线圈骨架 然后进行绕线 3 制作线圈架 将它套在木心外 然后制作线圈 它应能对地起绝缘作用 目前多采用纸心无框骨架或塑框骨架 4 裁剪好各种绝缘纸 它们的宽度应等于骨架的长度 而长度稍大于骨架的周长 给思想一片飞翔的天空 28 变压器的绕制 一 二 先将木心装在绕线机上 绕线架套入木心 起绕时 在导线引线头 结束时在线尾 压入一条黄蜡布条 约1厘米 以便抽紧起始线头 或线尾 起绕后 导线不可过于靠近骨架边沿 应留出2 3毫米的空间 以免绕线时漆包线滑出 插片时碰破导线绝缘 导线要求绕得紧密而整齐 不允许有叠线现象 每绕一层加一层绝缘纸 最后将整个线圈包好对铁心绝缘 并用胶水粘牢 一般的家电变压器尤其是视听器材 在初 次级线圈之间常放置有静电蔽层 屏蔽层用薄铜箔制成 其厚度约为0 1毫米 长度则比初级线圈的周长短10毫米左右 将铜箔夹在初 次级线圈绝缘层之间 并注意不能碰触导线或自行短路 再在铜箔上焊接一条多股软导线并引出接地 给思想一片飞翔的天空 29 变压器绝缘处理及镶片 绝缘处理为防潮并增加绝缘强度 绕好的线圈一般应作绝缘处理 可采用 浸泡法 即将绕好的线包放入烘箱内预热加温到70 80 3 5小时后 取出并立即浸入绝缘清漆中约半小时 取出后放在通风处滴干 然后再入烘箱加温 在80 下烘12小时即可 铁心镶片铁心镶片要求紧密 牢固 否则 将造成磁通密度增大而发热 使硅钢片产生振动噪音 给思想一片飞翔的天空 30 培训大纲 变压器的构造电感变压器的原理变压器线圈计算方法变压器的检测方法 给思想一片飞翔的天空 31 变压器的检测方法 变压器的常见故障有内部初 次级线圈的开路 短路或局部短路 由于铁心的存在 加上导线本身绝缘性能的不良 在制造过程中常常使导线的绝缘层损坏 导致绝缘性能下降或外壳带电 所以对变压器的检测十分必要 给思想一片飞翔的天空 32 变压器的动态检测 在变压器的初级线圈上加220V 50赫的交流电压 然后用万表的交流电压挡测其输出电压修值 这种测量结果有3种可能性 第一种结果 输出电压正常 说明变压器正常 第二种结果 输出电压偏小或偏大 说明变压器内线圈有局部短路现象或线圈的匝数不对 第三种结果 无输出电压 说明线圈内部有开路故障 给思想一片飞翔的天空 33 变压器的空载检测法 首先切断变压器的负载 然后接通电源 在15 30分钟内测量变压器的空载温升 如果温升在允许范围内 说明变压器正常 如果温升较高 烫手 说明变压器存在故障 另外 也可在变压器的电源回路中串接一只100瓦的灯泡 接通电源后 灯泡如果只是微亮 则说明变压器正常 如果灯泡很亮 则表明变压器内部有局部短路现象 给思想一片飞翔的天