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三相变单相变压器原理
时间: 16:24
来源:电工之家
作者:编辑部
【摘要】一、三相变单相、三相变二相 虽然随着电力电子技术的飞速发展,这个问题的迫切性已逐渐被淡化.但如果有谁真能提出一个切实可行、满足上述两个条件的三变单变压器方案,仍然有相当的市场,仍然能成为轰动国内外变压器制造业的大事! 遗憾的是,没有.这个没有是指国......
一、&三相变单相&、&三相变二相&
虽然随着电力电子技术的飞速发展,这个问题的迫切性已逐渐被淡化.但如果有谁真能提出一个切实可行、满足上述两个条件的&三变单变压器&方案,仍然有相当的市场,仍然能成为轰动国内外变压器制造业的大事!
遗憾的是,没有.这个&没有&是指国内外相关专业杂志上未见刊登过. 但广告里有,或在BBS论坛里能找到哪位高手的相关声明. 对此,下面的话我就不说了.
为统一认识,这儿有必要插一下&平衡&与&对称&两个术语. &平衡&一词除了数学意义上的&方程式平衡&以外,在电工领域是能量、功率层面的术语.例如平衡变压器输出两端口的功率为使三相&对称&而保持的某种&平衡&;变压器中直接与功率传递相关的磁势平衡等.
三相系统的&对称&是指电压、电流、阻抗层面的术语.
若三相电网对称,符合以下特征,三相线电流才算&对称&:
1) 三相线电流的辐值或有效值相等;
2) 三个线电流的相位彼此相差120度;
3) 与产生它的三相线电压必需同相序.
至于构成对称电网的电压(势),除上述1、2外,还应符合&顺相序&要求.
二、&三变单系统&种种
1、 R、L、C 网络.将R、L、C 三元件接成三角形投入三相电网,当L、C 的电抗分别是R 的 1.732 倍时,只要相序合适,R 就是单相负载,且三相对称,功率因数为 1.0 .工频感应炉就这么运行,容量达10 MVA 以上,见图1;
2、 &V&型接法的三相变压器在初级两相间接一电容C,次级绕组串联接一功率因数为0.866的感性单相负载,当负载阻抗是容抗的1.732倍时,初级电流对称,功率因数为0.866(容性),见图2; 图2
3、在图2的基础上,A、B相间再增加一个电感L,次级负载为纯电阻.L、C 的电抗与折算到初级的电阻相等,则初级电流对称,其大小与折算到初级的电流相等,功率因数为1.0.
上述几方案在应用上的共同特点是:
a、对电网的相序、次级负载性质要求严格;
b、负载要固定.若负载变动,需相应切换储能元件参数.否则将引起初级电流不同程度的不对称.这一缺点方案2 尤为突出.
这就是上述几方案很难在中小功率场合普遍采用的重要原因.
在此说明,只要&三变单系统&里没有非线性元件(合理设计的磁系统在此视为线性),均可逆向运行.例如前苏联早期教科书里能找到上述方案1 的&单相变三相&电路图.
这一特征也适用作为&三变二&问题的平衡变压器.例如,本网站网友jiaoao介绍的&正弦、余弦变三相&的Scott变压器,此时&三变二&已变成&二变三&了.
三、&三变单变压器&&&路在何方?
套在三相铁心上的各个线圈之间的不同组合,可产生出不同的合成电势相量.这种相量的辐角可以是30度的任意整数倍,相量的大小可以通过改变线圈的圈数任意获得.
这种三相线圈电势的&相量可组合性&特征给&三变单变压器&的探索者们提供了丰富的想象空间&&
拼凑一个单相端口,几乎有无穷多个方案&&
总能找出很多个合适的方案&&
初级三相线电流不就是几个相量段拼出来的吗?
调整一下相量段,一直拼到三相电流对称难道不可能吗?
问题就出在这儿!
假设某台&三变单变压器&的次级用几个线圈段组合成一个端口(即单相输出端口),这端口电压与产生它的各个相量符合可希苛夫第二定律,或符合某个电压平衡方程式.
或者干脆说:这端口电压是几个电势相量合成的.
但是,这个端口的电流取决于它的负载,与上述相量没有任何关系.再假设这负载电流是 I(I是相量,下同).则任何一个初级线圈电流与次级负载电流 I 的关系由磁势平衡方程式表达.
应注意,不管是哪个初级线圈,磁势平衡方程式所涉的电流相量都与次级负载电流相同,与该线圈所处位置无关.
现把若干个磁势平衡方程式加以整理,得到初级三相线电流的表达式是:
IA＝K1*I ;
IB＝K2*I ;
IC＝K3*I . (1)
按三相线电流对称的条件,(不对称也没关系,按三线制广义节点的可希苛夫第一定律)必然满足:
IA+IB+IC＝0
或 K1+K2+K3＝0 (2)
上式说明: a. 由方程组(1)表达的三相电流相量都在一条直线上,不符合&彼此相差120度&的要求;b. 由式(2)可见,三个实常数相加等于0,它们绝对值不可能彼此相等.变压器原理
变压器的基本原理&&&&&&　　
　　变压器是利用线圈互感特性构成的一种元器件，几乎在所有的电子产品中都要用到。它原理简单，但根据不同的使用场合（不同的用途），变压器的绕制工艺会有所不同。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。它是由一个初级线圈（线圈圈数n1）及一个次级线圈（线圈圈数n2）环绕著一个核心。常用的铁心形状一般有E型和C型。　　　
　　　　　　　
　　E1是初级电压，E2是次级电压。
E1&（n2/n1）&&&&&　　
　　上图是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路，在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。
　　为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。&&&　　　　
　　如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。
　　当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2
所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变。
　　如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。
　　变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。&&&&&&&&
　　下图是各种变压器的电路符号，从变压器的电路符号可以看出变压器的线圈结构。
　　　　　
　　图(a)所示变压器共有两组线圈，即1～2为一次线圈（又称为初级线圈，线圈又称为绕组），3～4位二次线圈（又称为次级线圈）。电路符号中垂直的实线表示这一变压器有铁心。&&&&&&　　
　　图(b)所示变压器有两组次级线圈，即3～4为一组，5～6为另外一组。另外电路符号中有实线的同时还有一条虚线，它表示变压器的初级和次级线圈之间设有一个屏蔽层，在使用中这一屏蔽层的一端要接线路中的地线（决不能两端同时接地），屏蔽层起抗干扰作用。这种变压器多为电源变压器。&&&&&&　　
　　图(c)所示变压器在初级和次级线圈的一端画有一个小黑点，这是“同名端”的标记。
　　图(d)所示的变压器没有中间实线，表示这种变压器没有铁心，有时用一条虚线来表示变压器用的是磁芯（此时电路符号中是没有实线的），一般是高频或是中频变压器，这是过去的表示方式，现在规定当变压器有铁心或是磁芯时均用一条实线表示。&&&&&&
　　图(e)所示的变压器，它的次级线圈有抽头，即4脚是次级线圈3～5的抽头。
　　关于抽头有两种情况：
中心抽头，即当3～4之间的匝数等于4～5之间的匝数时成为中心抽头；
非中心抽头，此时3～4、4～5之间的匝数不等。&&&&&&
　　图(f)所示的变压器，它的初级线圈中有一个抽头2。&&&&&&
　　图(g)所示的变压器，它只有一个线圈2是抽头，这是一个自耦变压器。
　　若2～3之间为初级，1～3之间就为次级线圈此时它就是一个升压器。
　　当1～3之间为初级线圈，2～3之间为次级线圈，这就是一个降压器。
变压器的损耗&&&&&&　　
　　当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。&&&&&&&
　　另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。
　　所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。&&&&&&　　
　　由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。&&&&
变压器的材料&&&&&&
　　要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。
　　1、铁心材料&&&&&&&　　
　　变压器使用的铁心材料主要有铁片、低硅片，高硅片。
　　钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少，我们通常称加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量同所用硅钢片的质量有很大关系。
　　硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为，低硅片为，高硅片为。
　　2、绕制材料&&&&&&&&&&　　
　　漆包线，沙包线，丝包线是绕制变压器通常用的材料，最常用的是漆包线。
　　对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。
　　一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。
　　3、绝缘材料　　
　　绕制变压器时，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料。
　　一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。
　　4、浸渍材料&&&&&&
　　变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命。
　　一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。&
多绕组变压器同名端的判别&&&&
　　在使用多绕组变压器时，常常需要弄清各绕组引出线的同名端或异名端，才能正确地将线圈并联或串联使用。
　　按上图所示电路，任找一组绕组线圈接上1.5~3V电池，然后将其余各绕组线圈抽头分别接在直流毫伏表或直流毫安表的正负接线柱上。
　　接通电源的瞬间，表的指针会很快摆动一下。
　　如果指针向正方向偏转，则接电池正极的线头与接电表正接线柱的线头为同名端。
　　如果指针反向偏转，则接电池正极的线头与接电表负接线柱的线头为同名端。
　　在测试时应注意以下两点：&&
　　若变压器的升压绕组（既匝数较多的绕组）接电池，电表应选用最小量程，使指针摆动幅度较大，以利于观察；
　　若变压器的降压绕组（即匝数较少的绕组）接电池，电表应选用较大量程，以免损坏电表。&&&&&&
　　接通电源瞬间，指针会向某一个方向偏转，但断开电源时，由于自感作用，指针将向相反方向倒转。
　　如果接通和断开电源的间隔时间太短，很可能只看到断开时指针的偏转方向，而把测量结果搞错。所以接通电源后要等几秒钟后再断开电源，也可以多测几次，以保证测量的准确。
电源变压器质量的简单判别法
　　电源变压器除检查电压准确度和绝缘性能之外，还要知道它的效率、负载率、发热量等。下面介绍一种通过测定两个参素数来判别电源变压器质量的简单判别法。&&&
　　1、空载电流的测定&&&&&　　
　　变压器的空载电流是指初级接额定电压，次级完全空载测得的初级电流。这个电流与进线电压的乘积则为空载损耗，也就是指变压器的铁芯损耗。它是铁芯在交流磁场中涡流损耗和磁滞损耗之和。
　　因而，变压器的空载电流越小，表明铁芯的质量越好，且安培匝数设计非常合理。这种情况下，一般认为空载电流相似于铁损耗，空载电流的大小，也就反映铁损的大小。
　　小于10W的变压器空载电流约
7~15mA；100W的变压器，空载电流约30~60mA之间，都认为正常。
　　铁损较大的变压器，发热量必然大，如果是因安培匝数设计不合理，其空载电流大增，结果造成温升增大，其寿命也不会长。
　　一般环形变压器的空载电流应低于普通插片式变压器的空载电流。&&&
　　2、铜损的测定&&&&&&&&　　
　　变压器的铜损是指初、次级导线的直流电阻造成的损耗。因此测定铜损只需将变压器加上额定电流即可测出I2R。
　　测试方法如下：
　　首先将变压器的次级线圈两端直接短接（有几组要短路几组），再将变压器初级串入交流电流表，再与0~250V的交流调压器相接，并接入市电。
　　调节调压器由0V整至使电流表读数为变压器的额定电流（如200VA的变压器，额定电流为0.9A），用万用表测出此时变压器初级的电压，将此电压乘上变压器的额定电流既为“铜损”（测量铜损时间要短，不然会损坏变压器）。
　　由于次级的短路，变压器初级上的电压必然很低。这样，铁芯的磁通量极小，铁损也极小，可以忽略。故测出的I2R是很精确的。
　　在这项测试中损耗越小，漆包线的电阻值也越小，这种变压器的负载率也必然大。&&&&&&
　　在正常情况下，铁损和铜损之和对500W的变压器应小于45W。随着变压器的容量减小，其损耗相应增大，因为小型变压器的铜损是大于铁损的。&&&&&&&
　　从以上测定可知，变压器的开路损耗加上短路损耗越小，则变压器的质量越好，工作时温升也越低，并且有很好的负载率。这样在很短时间内，就能知道变压器的性能好坏。
相关名词解释　　
　　1、电磁感应：当环链着某一导体的磁通发生变化时，导体内就出现电动势，这种现象叫电磁感应。
　　2、自感：当闭合回路中的电流发生变化时，则由这电流所产生的穿过回路本身磁通也发生变化，因此在回路中也将感应电动势，这现象称为自感现象，这种感应电动势叫自感电动势。
　　3、互感：如果有两只线圈互相靠近，则其中第一只线圈中电流所产生的磁通有一部分与第二只线圈相环链。当第一线圈中电流发生变化时，则其与第二只线圈环链的磁通也发生变化，在第二只线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感现象。
　　4、电感：自感与互感的统称。
　　5、感抗：交流电流过具有电感的电路时，电感有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做感抗，以Lx表示，Lx=2πfL。
　　6、磁通：磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫做磁通，以字母φ表示，单位为麦克斯韦。
　　7、磁通密度：单位面积上所通过的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁场感应强度在数值上是相等的。
　　8、磁阻：与电阻的含义相仿，磁阻是表示磁路对磁通所起的阻碍作用，以符号Rm表示，单位为1/亨。
　　9、导磁率：又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个系数，以字母μ表示，单位是亨/米。
　　10、磁滞：铁磁体在反复磁化的过程中，它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度，这种现象叫磁滞。
　　11、磁滞回线：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
　　12、磁滞损耗：放在交变磁场中的铁磁体，因磁滞现象而产生一些功率损耗，从而使铁磁体发热，这种损耗叫磁滞损耗。
　　13、电磁感应：当环链着某一导体的磁通发生变化时，导体内就出现电动势，这种现象叫电磁感应。
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日常生活中我们离不开各种家用电器，但我们却不知道几乎所有的电器都需要，但我们却不了解变压器，它在电器中起到的作用是什么，有什么功能，我们都不清楚，本文我们学习一下环形变压器的原理知识，了解变压器的原理，带你走进一个你所不了解的领域，在这个未知的领域中领略科学家们智慧的结晶。环型变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片(片厚一般为0.35mm以下)，无缝地卷制而成，这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心。环型变压器的线圈均匀地绕在铁心上，线圈产生的磁力线方向与铁心磁路几乎完全重合，与叠片式相比激磁能量和铁心损耗将减小25%。环型铁芯由硅钢带缠绕而成，环型铁芯有一个连续不断的磁路，而叠片铁芯变压器在EI片间有气隙;因此，存在较大的气隙磁阻是叠片变压器的主要缺点。环型铁芯没有空气间隙，电噪声相对EI型和C型铁芯变压器要小的多。采用真空浸渍技术，可使铁芯成为牢固的整体，在绕线和加工过程中不变形;由于环型铁芯非常牢固，因而减少了振动和音频噪声。环型变压器有许多固定方法，最常用的方法是利用环型变压器的中心孔固定。应当注意，等固定件不应该使变压器的顶部压板与下底板同时接地，以免形成一个短路环。变压器的原理是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。这些知识都是我们之前所不了解的，通过简单的学习了解环形变压器的工作原理知识，可以对我们处理日常生活中的一些电器小毛病以及日常生活中不同变压器的不同使用都有很大的意义。可以及时的排除故障问题，快速找到解决的办法，妈妈再也不用担心我不会简单的维修啦。
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高频变压器知识
高频变压器的工作原理是什么
文章来源：人气：2139发表时间：
&&& 高频变压器的工作原理是什么？对于新手而言，了解它的工作原理是非常有必要的，对于后期制作与设计高频变压器是非常有帮助的。那么，高频变压器的工作原理有哪些？接下来晨飞电子公司为你解说高频变压器的工作原理：
& & 对于不知道高频变压器的，可以先看下这篇文章：&
& & 高频变压器是作为开关电源最主要的组成局部。开关电源一般采用半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz 高频脉冲波，然后通过高频变压器进行降压，输出低电压的交流电，高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的三只高频变压器：主变压器、驱动变压器和辅助变压器（待机变压器）每种变压器在国家规定中都有各自的衡量规范，比如主变压器，只要是200W 以上的电源，其磁芯直径（高度）就不得小于35mm 而辅助变压器，电源功率不超过300W 时其磁芯直径达到16mm 就够了。
& & 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）
& & 变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。&
& & 高频变压器是工作频率逾越中频（10kHz 电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的按工作频率高低，可分为几个档次：10kHz-50kHz 50kHz-100kHz 100kHz 500kHz 500kHz 1MHz 1MHz 以上。传送功率比较大的工作频率比较低；传送功率比较小的工作频率比较高。
& & 高频变压器用途：
& & 所有的变压器的作用都是讲电能转化为磁能，然后将磁能转化的电能，同时利用匝数比的关系实现变压的。
& & 至于高频变压器和低频变压器只不过是各自的工作频率要求的不同进行分类，当然因为其各自的磁芯分别适用于不用的频率所以也是不能通用的。
& & 高频变压器使用范围：
& & 高频变压器的使用范围较为广泛，主要还是以行业类型来分：1、开关电源行业；2、电力、电气电气设备行业；3、医疗设备行业；4、通讯设备行业；5、太阳能、逆变器行业；6、电动汽车充电器行业；7、车载电子设备行业；8、智能家居行业；9、环保设备行业；10、新能源行业；11、机械设备行业；12、家用电器行业；13、数码产品行业；14、健身、美容仪器行业；15、LED照明行业；16、变频器行业&
& & 而每个行业所使用到的高频变压器类型都可能不一样，所以具体的行业使用最好咨询下我们的在线客服进行了解
&&& 以上就是高频变压器的工作原理，了解它的工作原理有利而无害，对新手可以更快的速度了解与形成一种观念。如需定制或了解高频变压器，可到我们公司（深圳晨飞电子公司）进行咨询。如果大家想要了解下高频变压器作用以及工艺的话，可以看下这篇文章：