電源變壓器的損耗主要由哪些部分組成
電源變壓器的損耗主要由以下幾部分組成:
1.銅損(負載損耗)
定義:銅損是指變壓器線圈(繞組)電阻所引起的損耗。當電流通過繞組時,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt繞組的電阻會消耗電能并轉化為熱能。由于繞組一般是由銅導線制成,所以稱為銅損。
影響因素:
電流大小:銅損與電流的平方成正比。當變壓器負載電流增大時,銅損會明顯增加。例如,一個變壓器在半載(50%額定負載)時的銅損只有滿載時銅損的四分之一。
繞組電阻:繞組的電阻取決于導線的材質(如銅的純度)、長度和橫截面積。使用電阻率低的導線材料、縮短繞組長度(在滿足匝數(shù)要求的情況下)和增大導線橫截面積可以降低繞組電阻,從而減少銅損。
2.鐵損(空載損耗)
定義:鐵損主要是指變壓器鐵芯中由于磁滯和渦流現(xiàn)象所產生的損耗。
磁滯損耗:
產生原因:鐵芯材料在交變磁場的作用下,其內部的磁疇會不斷地改變方向,這個過程需要消耗能量,這種能量損耗稱為磁滯損耗。
影響因素:磁滯損耗與磁場交變的頻率、鐵芯材料的磁滯回線面積有關。例如,硅鋼片是一種常用的鐵芯材料,其磁滯回線面積相對較小,可以有效降低磁滯損耗。一般來說,軟磁材料的磁滯損耗比硬磁材料小,所以電源變壓器多選用軟磁材料制作鐵芯。
渦流損耗:
產生原因:當變壓器鐵芯中的磁通發(fā)生變化時,會在鐵芯內部產生感應電動勢,從而形成漩渦狀的電流,即渦流。這些渦流在鐵芯電阻上產生的損耗就是渦流損耗。
影響因素:渦流損耗與磁場交變頻率的平方、鐵芯的厚度以及鐵芯材料的電阻率有關。為了減少渦流損耗,可以采用多層薄硅鋼片疊成鐵芯,而不是使用整塊鐵芯。因為薄片間的絕緣層可以增加渦流路徑的電阻,從而降低渦流損耗。例如,在一些小型電源變壓器中,鐵芯是由許多厚度在0.3-0.5mm的硅鋼片疊壓而成。
3.雜散損耗
定義:雜散損耗是指除銅損和鐵損之外的其他損耗。它主要包括漏磁場在變壓器的結構件(如油箱、夾件等)中引起的渦流損耗,以及由于電流的集膚效應和鄰近效應等所產生的附加損耗。
產生機制和影響因素:
漏磁場:變壓器繞組周圍存在漏磁場,當漏磁場穿過變壓器的金屬結構件時,就會在這些結構件中產生渦流,從而導致?lián)p耗。漏磁場的大小與變壓器的繞組結構、鐵芯形狀等因素有關。
集膚效應:當交變電流通過導體時,電流會趨向于在導體表面分布,使得導體內部的實際電流密度減小。這種現(xiàn)象會導致導體的有效電阻增加,從而產生附加損耗。集膚效應在高頻時更為明顯,其程度與電流頻率、導體的材料和形狀等因素有關。
鄰近效應:當相鄰的導體中有交變電流通過時,它們之間的磁場相互作用,會導致電流分布不均勻,進而產生附加損耗。在變壓器的繞組中,尤其是多層繞組之間,鄰近效應可能會比較明顯。