干式變壓器的基本原理

圖1是干式變壓器原理的簡(jiǎn)圖。當(dāng)正弦交流電壓U1被施加到初級(jí)線圈的兩端時(shí)，在導(dǎo)體中存在交流電流I1，并且產(chǎn)生交流磁通量1，其沿著芯部穿過(guò)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈以形成閉合磁路?；ジ须妱?shì)U2在次級(jí)線圈中感應(yīng)，自感電勢(shì)E1也在初級(jí)線圈中感應(yīng)1。E1的方向與施加的電壓U1相反，并且振幅相似，因此限制了I1的幅度。為了保持磁通1，需要一定的功耗，干式變壓器本身就有一定的損耗。雖然此時(shí)次級(jí)沒(méi)有接負(fù)載，但初級(jí)線圈中仍有一定的電流，稱(chēng)為空載電流。

如果次級(jí)連接到負(fù)載，次級(jí)線圈將產(chǎn)生電流I2，產(chǎn)生的磁通量2與1相反，起到相互抵消的作用，降低鐵芯中的總磁通量，從而降低初級(jí)自感電壓E1，結(jié)果增加I1?？梢钥闯?，一次電流與二次負(fù)載密切相關(guān)。當(dāng)二次負(fù)載電流增大時(shí)，I1增大，1也增大，1增大的部分正好補(bǔ)充2偏移的磁通量，以保持鐵芯中的總磁通量不變。如果不考慮干式變壓器的損耗，可以認(rèn)為理想干式變壓器的二次負(fù)載消耗的功率是一次電源獲得的電功率。干式變壓器可以根據(jù)需要通過(guò)改變次級(jí)線圈的匝數(shù)來(lái)改變次級(jí)電壓，但不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。

干式變壓器損耗

干式變壓器的初級(jí)繞組通電時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁通量在鐵芯中流動(dòng)。因?yàn)榇判谋旧硎菍?dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上會(huì)感應(yīng)出電勢(shì)。這個(gè)電勢(shì)會(huì)在核心的橫截面上形成一個(gè)閉環(huán)，產(chǎn)生電流，就好像是一個(gè)渦流一樣，叫做渦流。這種渦流增加了干式變壓器的損耗，增加了鐵芯發(fā)熱的干式變壓器的溫升。渦流引起的損耗稱(chēng)為鐵損。此外，纏繞干式變壓器需要大量的銅線，這些銅線具有電阻，當(dāng)電流流過(guò)時(shí)會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往會(huì)變成熱量而被消耗掉。我們稱(chēng)這種損失為銅損。因此，干式變壓器的溫升主要由鐵損和銅損引起。

干式變壓器由于鐵損和銅損，其輸出功率總是小于輸入功率。因此，我們引入一個(gè)效率參數(shù)來(lái)描述這一點(diǎn)，=輸出功率/輸入功率。

干式變壓器材料

纏繞一個(gè)干式變壓器，必須對(duì)干式變壓器相關(guān)的材料有一定的了解，所以我在這里介紹一下這個(gè)知識(shí)。

1.核心材料：

干式變壓器使用的鐵芯材料主要有鐵皮、低硅鋼片和高硅鋼片。在鋼板中加入硅可以降低鋼板的電導(dǎo)率，增加電阻率，減少渦流，降低其損耗。干式變壓器用硅鋼片的質(zhì)量與硅鋼片的質(zhì)量密切相關(guān)。硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來(lái)表示，一般黑鐵皮的B值在6000-8000，低硅鋼片在9000-11000，高硅鋼片在12000-16000。

2.干式變壓器繞組常用的材料有

漆包線、沙包線、絲線、較常用的漆包線。對(duì)導(dǎo)線的要求是良好的導(dǎo)電性、足夠的絕緣漆層耐熱性和一定的耐腐蝕性。一般情況下，較好使用Q2型高強(qiáng)度聚酯漆包線。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

3.絕緣材料

在繞組干式變壓器中，線圈架和繞組之間的絕緣應(yīng)使用絕緣材料。干式變壓器的框架材料一般可采用酚醛紙板、聚酯薄膜或電話紙制成，層間可采用絕緣，繞組間可采用黃布絕緣。

4.浸漬材料：

干式變壓器繞線后，必須經(jīng)過(guò)較后一道工序，即，

電力干式變壓器的特性參數(shù)

1.工作頻率

干式變壓器的鐵心損耗與頻率有很大的關(guān)系，因此應(yīng)根據(jù)使用頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用，這種頻率稱(chēng)為工作頻率。

2.額定功率

在規(guī)定的頻率和電壓下，干式變壓器可以長(zhǎng)時(shí)間工作，而不會(huì)超過(guò)規(guī)定溫升的輸出功率。

3.額定電壓

指干式變壓器線圈上允許施加的電壓，運(yùn)行時(shí)不得超過(guò)規(guī)定值。

4.電壓比

指干式變壓器的一次電壓與二次電壓之比，不同于空載電壓比和負(fù)載電壓比。

5、空載電流

干式變壓器二次開(kāi)路時(shí)，一次仍有一定電流，稱(chēng)為空載電流?？蛰d電流由磁化電流(產(chǎn)生磁通量)和鐵損電流(由鐵芯損耗引起)組成。50Hz電源的干式變壓器，空載電流基本等于磁化電流。

6、空載損耗

指干式變壓器次級(jí)開(kāi)路時(shí)在初級(jí)測(cè)量的功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流對(duì)初級(jí)線圈銅電阻造成的損耗(銅損耗)，非常小。

7.效率

指二次電源P2與一次電源P1之比的百分比。一般干式變壓器的額定功率越高，效率越高。

8.絕緣電阻

所述干式變壓器各線圈之間以及各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻與所用絕緣材料的性能、溫度和濕度有關(guān)。

電源用干式變壓器的基本知識(shí)

干式電力變壓器中常用的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：

1.初級(jí)繞組：指電力干式變壓器的電力輸入端。

2.次級(jí)繞組：指干式電力變壓器的輸出端。

3.額定輸入電壓U1是指連接到電力干式變壓器初級(jí)的電壓，即電力干式變壓器的工作電壓。GS干式變壓器U1=230伏；對(duì)，BS

4．空載電流I0：是指電源干式變壓器的初級(jí)接上額定輸入電壓U1而次級(jí)不帶負(fù)載（即開(kāi)路）時(shí)，流過(guò)初級(jí)的電流。I0與干式變壓器的設(shè)計(jì)有關(guān)，即使是兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的相同規(guī)格的電源干式變壓器，其I0也可能不同。

5．空載電壓U0：是指干式變壓器初級(jí)接受上額定輸入電壓U1而次級(jí)不帶負(fù)載（即開(kāi)路）時(shí)，次級(jí)兩端的電壓。U0與干式變壓器的設(shè)計(jì)有關(guān)，即使是兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的相同規(guī)格的電源干式變壓器，其U0也可能不同。

6．負(fù)載電流I2：是指干式變壓器初級(jí)接上額定輸入電壓U1，次級(jí)接上額定負(fù)載時(shí)，流過(guò)負(fù)載的電流。

7．負(fù)載電壓U2：是指干式變壓器初級(jí)接上額定輸入電壓U1，次級(jí)接上額定負(fù)載時(shí)，負(fù)載兩端的電壓。

8．定輸出功率P2：是指干式變壓器在額定輸入電壓U1時(shí)的輸出功率，它表示干式變壓器傳送能量的大小。一般來(lái)說(shuō)，在相同頻率下，P2越大，干式變壓器的尺寸越大；P2相同，即使輸出電壓U2不同，干式變壓器的尺寸也相同，即干式變壓器的價(jià)格也應(yīng)相差無(wú)幾。

由公式P2=U2*I2可知若輸出功率P2一定，若輸出電壓U2越高，則輸出電流I2越低。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)輸出功率P2=10VA的干式變壓器，若輸出電壓U2=24V，則輸出電流I2=P2/U2=10VA/24V＝0.416A；若U2=12V，則輸出電流I2=0.833A。

其次，我們來(lái)討論了一下EN61558-1(等同于IEC61558-1)中對(duì)電源干式變壓器的幾點(diǎn)要求：

1．空載電壓U0有一個(gè)較高限值，其數(shù)值與干式變壓器的輸出功率P2對(duì)應(yīng)，如下所示：

P2 10VA時(shí)，(U0－U2)/U2 100%;

10VA2 25VA時(shí)，(U0－U2)/U2

25VA2 63VA時(shí)，(U0－U2)/U2

63VA2 250VA時(shí)，(U0－U2)/U2

250VA2 630VA時(shí)，(U0－U2)/U2

630VA2時(shí)，(U0－U2)/U2

以上各式中的U2為干式變壓器的負(fù)載電壓。

2．負(fù)載電壓U2應(yīng)在一定范圍內(nèi)，由下式考核：

|(U2-U2R)/U2R|

若干式變壓器帶整流器，則|(U2-U2R)/U2R| 10%

上式中U2R為額定負(fù)載電壓。

舉例來(lái)說(shuō)，針對(duì)一個(gè)輸出為24V，12VA的干式變壓器，將干式變壓器的初級(jí)接上額定輸入電壓，次級(jí)接上負(fù)載，調(diào)節(jié)負(fù)載的阻值大小，使得流過(guò)負(fù)載的電流為12VA/24V=0.5A時(shí)，測(cè)量負(fù)載兩端的電壓即為U2。此例中U2R＝24V，則若23.8V U2 25.2V,此干式變壓器的輸出參數(shù)合格。

3．干式變壓器的溫升 T

在環(huán)境溫度為25℃時(shí)，將干式變壓器的初級(jí)接上額定輸入電壓，次級(jí)接上額定負(fù)載，使干式變壓器正常工作。然后將輸入電壓增加到1.06倍額定輸入電壓，待干式變壓器達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)后，測(cè)量干式變壓器的溫升 T及外殼溫度。

對(duì)耐熱等級(jí)為B級(jí)（130℃）的干式變壓器來(lái)說(shuō)， T 95K，外殼溫度不大于80℃。

注：熱穩(wěn)定是指溫度在1小時(shí)內(nèi)的變化不超過(guò)1℃。

4．介電強(qiáng)度

干式變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間、初級(jí)和殼體之間應(yīng)能承受4200V歷時(shí)1min.的交流電壓而不出現(xiàn)擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。