(1)选用优质材料制造变压器
变压器是通过电磁感应来改变网路电压的,主要材料是硅钢片和电磁线。这两种材料质地的优劣,直接影响变 压器的损耗特性。由运行中变压器铁心形成的损耗通称空载损耗,损耗值是恒定的,与变压器的负载率无大关系,也是不可避免的。但导磁材料的优劣,可以改变其损耗的大小。**代节能变压器就选用了优质的Q11、 Q10冷轧晶粒取向硅钢片,淘汰热轧的D44等硅钢片,结合结构设计的改进使空载扭耗降低40%。
(2)优化设计和改进工艺
从结构设计和制造工艺入手改善变压器的损耗特征,是制造厂的主要研究课题。电子计算机应用于变压器设计,为设计工作开拓了广阔的前景,可在理想的铜(电磁线 )铁(硅钢片)比例下,以损耗较低和铜铁耗量较少为设计 目标。使优质材料和优化设计的曲线相交于一点,从而获得较佳效果。铁心结构由原来的直接缝改为半直半斜和全斜接缝,则是结构设计的突破性改进,可使晶粒取向硅钢片(即目前广泛应用的Q10、Q11)在铁心接缝区的导磁方向得到缓和,降低了空载损耗。
V P –是一次电压
V S –是次级电压
N P –是初级绕组数
N S –是次级绕组的数量
Φ (phi)–是磁链
要注意的是,两个线圈绕组之间没有电连接,只是有磁连接。可以使用单相变压器来增加或减少施加给初级绕组的电压。它是指用变压器把它在次级线圈上的电压相对于初级线圈“增加”的过程。在用来相对于一级“降低”次级绕组的电压时,它被称为降压变压器。
然而,还有*三种情况,即变压器在它的次级线圈上产生的电压与在它的初级线圈上施加的电压相同。换言之,它的输出在电压,电流和功率上都一样。这类变压器被称为“阻抗变压器”,它主要用于阻抗匹配或隔离相邻电路。
将初级绕组的线圈匝数(N P)与次绕组的线圈匝数(N S)进行比较,可以得到初级绕组与次绕组之间的电压差。
因为变压器基本上是线性设备,所以一级线圈匝数与次级线圈匝数的比值就存在。这个比例叫做转换比例,也就是通常所说的变压器的匝数比(TR)。这个匝比决定着变压器的运行情况和相应的次级绕组上可用的电压。
与初级线圈相比,次级线圈的匝数(匝数比)对次级线圈的可用电压量有较大影响。但如果两个线圈彼此电隔离,那么次级电压是怎样产生的呢?
在此之前,我们已经说过,变压器主要由两个绕在普通软铁芯上的线圈组成。将交流电压(V P)施加于主线圈时,电流流经该线圈,按照法拉*电磁感应定律,该线圈通过该电流在自身周围产生磁场,称为互感。随着电流由零增加到较大值 dΦ/dt,磁场强度逐渐增大。
另一个基本参数是变压器的额定功率。只需将电流乘以电压,就可以得到变压器的额定功率,从而得到以伏安为单位的额定功率(VA)。小型单相变压器在伏安时可以只使用额定电压,而在较大电力变压器时,可以使用单位基洛伏安(千伏安),其中1千伏安等于1000伏特-安培,单位兆伏-莫雷斯(MVA),其中1兆伏安等于10,000千伏安。
对于理想的变压器(忽略任何损耗),次级线圈中的可用功率与初级线圈中的相同,它们都是恒定功率设备,只改变电压/电流的比值就可以改变功率。所以在理想的变压器中,功率比等于1 (单位),也就是说,电压 V乘以电流 I就不变。
也就是,一次侧电压/电流水平的电能转化成二次侧电压/电流水平相同的电能,转化成相同频率的电能。虽然变压器能提升(或降低)电压,但电源不能提升。当变压器的电压上升时,电流下降,反之则相反,所以输出功率总是和输入功率一样。所以,一次功率等于二次功率(P= P= S)
变压器不需要任何活动部件来传递能量。这意味着没有与其他电机相关的摩擦或风阻损失。但是,变压器确实会遭受称为“铜损”和“铁损”的其他类型的损失,但是通常这些损失很小。
铜损,也称为I 2 R损耗,是由于电流在变压器铜绕组周围循环而在热量中损失的电能,因此得名。铜损是变压器运行中的较大损失。实际的功率损耗瓦数(在每个绕组中)可以通过对安培求平方并乘以绕组的欧姆电阻(I 2 R)来确定。
铁损,也称为磁滞现象,是铁心中的磁性分子响应交变磁通而滞后的现象。这种滞后(或异相)情况是由于需要动力来反转磁性分子而导致的。在磁通获得足够的力使它们反向之前,它们不会反向。
它们的反向导致摩擦,并且摩擦在铁心中产生热量,这是功率损耗的一种形式。通过使用特殊钢合金制成铁芯,可以减少变压器内的磁滞。
变压器中的功率损耗强度决定了其效率。变压器的效率反映在初级(输入)和次级(输出)绕组之间的功率(瓦数)损耗上。那么,变压器的较终效率等于次级绕组的功率输出P S与初级绕组的功率输入P P之比,因此很高。
理想的变压器具有100%的效率,因为它可以传递接收到的所有能量。另一方面,实际的变压器并非100%效率,并且在满负载时,变压器的效率在94%至96%之间,非常好。对于以很高的容量在恒定电压和频率下运行的变压器,效率可能高达98%。变压器的效率η为:
(1)***个字母表示与绕组接触的内部冷却介质:
O——矿物油或燃点不大于300℃的合成绝缘液体;
K——燃点大于300℃的绝缘液体;
L——燃点不可测出的绝缘液体。
(2)*二个字母表示内部冷却介质收循环方式:
N——流经冷却设备和绕组内部的油流是自然的热对流循环;
F——冷却设备中的油流是强迫循环,流经绕组内部的油流是热对流循环;
D——冷却设备中的油流是强迫循环,(至少)在主要绕组内的油流是强迫导向循环。
(3)*三个字母表示外部冷却介质:
A——空气;
W——水。
(4)*四个字母表示外部冷却介质的循环方式:
N——自然对流;
F——强迫循环(风扇、泵等)。
如
油浸自冷(ONAN)
油浸风冷(ONAF)
强迫油循环风冷(OFAF)
强迫油循环水冷(OFWF)
强迫导向油循环风冷(ODAF)
强迫导向油循环水冷ODWF)
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