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詳解變壓器的銅損和鐵損

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文章來源:北京創聯匯通電氣 ????? 發布時間: 2023-10-25 09:40:58
導讀:變壓器,作為電壓變換和功率傳輸的主要設備,不管是在電力系統還是在電子電路中,其應用都非常廣泛。而變壓器在運行過程中,總會伴隨著損耗的產生,其中,變壓器的損耗主要分為兩種,即銅損和鐵損,今天我就來給大家講講,什么是變壓器的銅損和鐵損。一、銅損說到銅,很多人第一個想到的就是銅導線,其實變壓器銅損中的銅,

變壓器,作為電壓變換和功率傳輸的主要設備,不管是在電力系統還是在電子電路中,其應用都非常廣泛。而變壓器在運行過程中,總會伴隨著損耗的產生,其中,變壓器的損耗主要分為兩種,即銅損和鐵損,今天我就來給大家講講,什么是變壓器的銅損和鐵損。

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一、銅損
說到銅,很多人第一個想到的就是銅導線,其實變壓器銅損中的銅,也是指“銅導線”。變壓器的繞組大多都是由銅導線繞制而成,一般匝數較多,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,根據焦耳定律,顯然,這個電阻流過電流會產生焦耳熱,且電流越大,功率損耗就越大,即ΔP=I2R,這個ΔP就是變壓器的銅損。可以很輕易地得出結論:變壓器的銅損由繞組產生,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單,難點在于鐵損的理解。

二、鐵損
區別于銅損,變壓器的鐵損與繞組、電流大小等因素無關,它由鐵芯產生,所以鐵損中的“鐵”其實就是指鐵芯。變壓器的鐵損又可以分為兩部分,即渦流損耗和磁滯損耗。

說到渦流,我想大家應該都有了解一二,例如電磁爐的工作就是基于渦流的產生,簡單來說,渦流產生的條件有二:1有交變磁場,2有閉合的導體路徑,而變壓器鐵芯就恰好滿足這兩個條件。

變壓器鐵芯是磁場的主要路徑,幾乎所有磁場都是在鐵芯中流通,而磁場由交變電流產生,所以磁場也是交變的,同時,鐵芯又是導體,顯然,交變磁場穿過鐵芯必然會產生渦流,兩者方向關系遵循右手螺旋定則。正是因為鐵芯會產生渦流,才把它做成薄薄的一片片,因為越薄電阻越大,電流也就越小。

變壓器在正常工作時,電壓一般是保持不變的,根據電磁感應定律,電壓不變,磁場也會不變,這里的不變是指有效值(或幅值),所以鐵芯中的感應電動勢也不變(區別于繞組的感應電動勢,這里是指鐵芯中的感應電壓),顯然,在感應電壓不變的情況下,(鐵芯)電阻越大,電流(渦流)就也小。

有渦流,就必然會有損耗,除非鐵芯是超導體,當然這是不可能的。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,會不斷被交變磁場磁化,也就是說,鐵芯會被磁化成磁體,且這個磁體的磁極方向隨著交變磁場方向的變化而變化。

我們可以把鐵芯看成內部含有無數個小磁針(即磁疇)的磁鐵,鐵芯磁極方向的反復變化其實就是這些小磁針在不斷地反復旋轉。顯然,小磁針的反復運動與摩擦就會產生能量損耗,由于鐵芯磁化狀態的變化總是落后于外加磁場的變化,就好像有粘滯性一樣,在外磁場撤消后,鐵磁質仍能保持原有的部分磁性,這就是磁滯現象,所以把鐵芯在被磁化過程中產生的損耗稱為磁滯損耗。由于原磁場不變,所以鐵芯的磁化也是不變的,產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,而不是隨機的。

可以發現,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。

總結一下,變壓器的損耗分為銅損和鐵損,其中銅損由繞組產生,其大小與電流有關,是可變損耗;而鐵損由鐵芯產生,分為渦流損耗和磁滯損耗,鐵損大小與電壓有關,是不可變損耗,


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