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绕组变压器阅读:30

绕组变压器是一种具有一个原边绕组(初级绕组)和两个或两个以上副边绕组(次级绕组) 的变压器。

核心结构

  1.铁芯:通常由硅钢片叠压而成,提供低磁阻路径,高效传递磁通。

  2.原边绕组:连接交流电源,输入电能,产生交变磁场。

  3.多个副边绕组:与原边绕组绕在同一铁芯上,通过电磁感应接收能量,产生感应电动势,向不同负载供电。

工作原理

  1.基于电磁感应定律。当交流电通过原边绕组时,在铁芯中产生交变磁通。

  2.这个交变磁通同时穿过所有副边绕组,在每个副边绕组中感应出电动势。

  3.每个副边绕组的输出电压(V?)与原边电压(V?)之比,等于其匝数(N?)与原边匝数(N?)之比:V?/V?=N?/N?

  4.因此,通过设计不同匝数的副边绕组,可以获得多个所需的输出电压。

主要类型

  1.按相数分类:

  单相多绕组变压器:用于小功率电子设备,如音响、医疗仪器。

  三相多绕组变压器:用于电力系统,如大型工业设备、变电站。

  2.按用途分类:

  电源变压器:为电子电路提供多种直流电源(经整流滤波后),如±5V,±12V,24V等。

  电流互感器(CT):一个原边绕组(常为一次母线)对应多个副边绕组,供不同精度要求的测量和保护回路使用。

  电压互感器(PT/VT):类似,一个高压原边对应多个低压副边,用于测量、计量和继电保护。

  电焊变压器:提供不同档位的空载电压和工作电压。

  牵引变压器:在电力机车中,将高压电转换为多种电压供牵引电机、辅助设备和照明使用。

核心优点

  1.多功能性:

  单台设备可提供多种电压等级的输出,满足系统内不同负载的需求,简化了供电系统结构。

  2.高集成度与节省空间:

  相比使用多台单绕组变压器,多绕组变压器结构更紧凑,占用空间小,重量轻。

  3.成本效益:

  共用一个铁芯和外壳,材料和制造成本通常低于多个独立变压器的总和。

  4.电气隔离:

  原边与每个副边绕组之间,以及各副边绕组之间都实现了电气隔离,提高了系统的安全性和抗干扰能力。

  5.效率较高:

  能量通过一个公共磁路传递,减少了磁路损耗,整体效率优于多个独立变压器。

主要缺点

  1.绕组间耦合影响:

  各副边绕组通过同一磁路耦合。当一个副边绕组的负载变化时,会影响其他副边绕组的输出电压,导致交叉调节(Cross Regulation)问题。负载重的绕组会使其他绕组电压下降。

  2.设计复杂:

  需要精确计算各绕组的匝数、线径(决定电流容量)和绝缘等级。绕组布局(如层间、分段)对漏感、分布电容和散热有重要影响。

  3.故障影响范围大:

  如果铁芯或原边绕组发生故障,所有副边输出都会中断。一个副边绕组短路也可能影响其他绕组。

  4.散热管理复杂:

  多个绕组集中发热,热量分布不均,对散热设计要求更高。

  5.灵活性较低:

  输出电压和功率在设计时已固定,后期难以调整。而使用多个独立变压器则更灵活。

应用场景

  1.消费电子:电视机、音响、游戏机的开关电源中,提供主控板、显示屏、风扇等不同电压。

  2.工业控制:PLC系统、伺服驱动器中,为控制电路、传感器、执行器提供多种电源。

  3.医疗设备:CT机、MRI设备中,为高压发生器、计算机、冷却系统等供电。

  4.通信设备:基站、服务器电源中,实现AC-DC转换和多路DC输出。

  5.电力系统:变电站的电压/电流互感器,为保护、测量、计量提供隔离信号源。

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