詳解變壓器的銅損和鐵損
變壓器,作為電壓變換和功率傳輸?shù)闹饕O(shè)備,不管是在電力系統(tǒng)還是在電子電路中,其應(yīng)用都非常廣泛。而變壓器在運(yùn)行過程中,總會(huì)伴隨著損耗的產(chǎn)生,其中,變壓器的損耗主要分為兩種,即銅損和鐵損,今天我就來(lái)給大家講講,什么是變壓器的銅損和鐵損。
一、銅損
說(shuō)到銅,很多人第一個(gè)想到的就是銅導(dǎo)線,其實(shí)變壓器銅損中的銅,也是指“銅導(dǎo)線”。變壓器的繞組大多都是由銅導(dǎo)線繞制而成,一般匝數(shù)較多,所以其電阻不足以被忽略,而有電阻,就意味著有功率損耗。
由于變壓器繞組存在電阻,根據(jù)焦耳定律,顯然,這個(gè)電阻流過電流會(huì)產(chǎn)生焦耳熱,且電流越大,功率損耗就越大,即ΔP=I2R,這個(gè)ΔP就是變壓器的銅損??梢院茌p易地得出結(jié)論:變壓器的銅損由繞組產(chǎn)生,且隨著電流的變化而變化,所以它是可變損耗。
變壓器的銅損比較簡(jiǎn)單,難點(diǎn)在于鐵損的理解。
二、鐵損
區(qū)別于銅損,變壓器的鐵損與繞組、電流大小等因素?zé)o關(guān),它由鐵芯產(chǎn)生,所以鐵損中的“鐵”其實(shí)就是指鐵芯。變壓器的鐵損又可以分為兩部分,即渦流損耗和磁滯損耗。
說(shuō)到渦流,我想大家應(yīng)該都有了解一二,例如電磁爐的工作就是基于渦流的產(chǎn)生,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),渦流產(chǎn)生的條件有二:1有交變磁場(chǎng),2有閉合的導(dǎo)體路徑,而變壓器鐵芯就恰好滿足這兩個(gè)條件。
變壓器鐵芯是磁場(chǎng)的主要路徑,幾乎所有磁場(chǎng)都是在鐵芯中流通,而磁場(chǎng)由交變電流產(chǎn)生,所以磁場(chǎng)也是交變的,同時(shí),鐵芯又是導(dǎo)體,顯然,交變磁場(chǎng)穿過鐵芯必然會(huì)產(chǎn)生渦流,兩者方向關(guān)系遵循右手螺旋定則。正是因?yàn)殍F芯會(huì)產(chǎn)生渦流,才把它做成薄薄的一片片,因?yàn)樵奖‰娮柙酱?,電流也就越小?/p>
變壓器在正常工作時(shí),電壓一般是保持不變的,根據(jù)電磁感應(yīng)定律,電壓不變,磁場(chǎng)也會(huì)不變,這里的不變是指有效值(或幅值),所以鐵芯中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不變(區(qū)別于繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這里是指鐵芯中的感應(yīng)電壓),顯然,在感應(yīng)電壓不變的情況下,(鐵芯)電阻越大,電流(渦流)就也小。
有渦流,就必然會(huì)有損耗,除非鐵芯是超導(dǎo)體,當(dāng)然這是不可能的。由于渦流的大小不變(指有效值或幅值),所以由渦流產(chǎn)生的損耗也不變。
除渦流損耗外,鐵芯中還存在另一種損耗,那就是磁滯損耗。鐵芯作為鐵磁材料,會(huì)不斷被交變磁場(chǎng)磁化,也就是說(shuō),鐵芯會(huì)被磁化成磁體,且這個(gè)磁體的磁極方向隨著交變磁場(chǎng)方向的變化而變化。
我們可以把鐵芯看成內(nèi)部含有無(wú)數(shù)個(gè)小磁針(即磁疇)的磁鐵,鐵芯磁極方向的反復(fù)變化其實(shí)就是這些小磁針在不斷地反復(fù)旋轉(zhuǎn)。顯然,小磁針的反復(fù)運(yùn)動(dòng)與摩擦就會(huì)產(chǎn)生能量損耗,由于鐵芯磁化狀態(tài)的變化總是落后于外加磁場(chǎng)的變化,就好像有粘滯性一樣,在外磁場(chǎng)撤消后,鐵磁質(zhì)仍能保持原有的部分磁性,這就是磁滯現(xiàn)象,所以把鐵芯在被磁化過程中產(chǎn)生的損耗稱為磁滯損耗。由于原磁場(chǎng)不變,所以鐵芯的磁化也是不變的,產(chǎn)生的磁磁滯損耗也是不變的。這里的不變是指鐵芯的磁化過程是周期性的,而不是隨機(jī)的。
可以發(fā)現(xiàn),電壓不變,鐵損中的渦流損耗和磁滯損耗都是不可變的,所以又把鐵損稱為不可變損耗。
總結(jié)一下,變壓器的損耗分為銅損和鐵損,其中銅損由繞組產(chǎn)生,其大小與電流有關(guān),是可變損耗;而鐵損由鐵芯產(chǎn)生,分為渦流損耗和磁滯損耗,鐵損大小與電壓有關(guān),是不可變損耗,
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