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电源变压器的损耗主要由哪些部分组成?

作者:东莞大忠电子发布时间:2024-10-22

电源变压器的损耗主要由以下几部分组成:

1. 铜损(负载损耗)
   定义:铜损是指变压器线圈(绕组)电阻所引起的损耗。当电流通过绕组时,根据焦耳定律Q = I2Rt绕组的电阻会消耗电能并转化为热能。由于绕组一般是由铜导线制成,所以称为铜损。
   影响因素:
        电流大小:铜损与电流的平方成正比。当变压器负载电流增大时,铜损会明显增加。例如,一个变压器在半载(50%额定负载)时的铜损只有满载时铜损的四分之一。
        绕组电阻:绕组的电阻取决于导线的材质(如铜的纯度)、长度和横截面积。使用电阻率低的导线材料、缩短绕组长度(在满足匝数要求的情况下)和增大导线横截面积可以降低绕组电阻,从而减少铜损。

2. 铁损(空载损耗)
   定义:铁损主要是指变压器铁芯中由于磁滞和涡流现象所产生的损耗。
   磁滞损耗:
       产生原因:铁芯材料在交变磁场的作用下,其内部的磁畴会不断地改变方向,这个过程需要消耗能量,这种能量损耗称为磁滞损耗。
        影响因素:磁滞损耗与磁场交变的频率、铁芯材料的磁滞回线面积有关。例如,硅钢片是一种常用的铁芯材料,其磁滞回线面积相对较小,可以有效降低磁滞损耗。一般来说,软磁材料的磁滞损耗比硬磁材料小,所以电源变压器多选用软磁材料制作铁芯。
   涡流损耗:
        产生原因:当变压器铁芯中的磁通发生变化时,会在铁芯内部产生感应电动势,从而形成漩涡状的电流,即涡流。这些涡流在铁芯电阻上产生的损耗就是涡流损耗。
        影响因素:涡流损耗与磁场交变频率的平方、铁芯的厚度以及铁芯材料的电阻率有关。为了减少涡流损耗,可以采用多层薄硅钢片叠成铁芯,而不是使用整块铁芯。因为薄片间的绝缘层可以增加涡流路径的电阻,从而降低涡流损耗。例如,在一些小型电源变压器中,铁芯是由许多厚度在0.3 - 0.5mm的硅钢片叠压而成。
3. 杂散损耗
   定义:杂散损耗是指除铜损和铁损之外的其他损耗。它主要包括漏磁场在变压器的结构件(如油箱、夹件等)中引起的涡流损耗,以及由于电流的集肤效应和邻近效应等所产生的附加损耗。
   产生机制和影响因素:
        漏磁场:变压器绕组周围存在漏磁场,当漏磁场穿过变压器的金属结构件时,就会在这些结构件中产生涡流,从而导致损耗。漏磁场的大小与变压器的绕组结构、铁芯形状等因素有关。
       集肤效应:当交变电流通过导体时,电流会趋向于在导体表面分布,使得导体内部的实际电流密度减小。这种现象会导致导体的有效电阻增加,从而产生附加损耗。集肤效应在高频时更为明显,其程度与电流频率、导体的材料和形状等因素有关。
        邻近效应:当相邻的导体中有交变电流通过时,它们之间的磁场相互作用,会导致电流分布不均匀,进而产生附加损耗。在变压器的绕组中,尤其是多层绕组之间,邻近效应可能会比较明显。


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