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变压器的优化设计是目前国内变压器制造行业所面临的重点问题。变压器的优化设计可以从两个方面进行;①控制降低变压器制造的初始制造成本;②对变压器的绕组、空载损耗、负载损耗等各项性能进行优化设计。空载损耗是变压器的一个重要性能指标,是指变压器一次绕组施加额定频率额定电压时,二次绕组空载所消耗的功率。主要包括三部分内容:一次绕组所产生的铜耗、变压器铁芯的励磁损耗和涡流损耗。因为空载电流值比较小,一般情况下占额定电流值的5%左右,可以忽略不计,所以在理论情况下变压器空载损耗数值等同于铁芯损耗数值。
变压器的优化设计首先要考虑电磁优化设计,指在满足原有约束条件的基础上, 寻找 设计变量使得制造变压器所需的经济指标小。电磁优化设计的两个关键因素是磁通密度和电流密度,这两个因素直接影响到变压器的电磁力大小和材料消耗的多少; 当磁通密度较大时,则需要的匝数较少,也就是需要的铜消耗量较少,这也从根本上控制减少了变压器制造的初始经济成本。目前国内的变压器空载损耗数值和负载损耗数值的确定一般是通过空载、短路试验在离线状态下测量得出的,这种方法浪费了大量的人力和财力,而且使供电中断。对变压器进行优化设计应实现对空载损耗和短路损耗数值实行在线测量,这样既可满足数值确定的要求,还能减少测量成本的投入。
升压变压器的一次(初级)绕组较二次(次级)绕组的圈数(匝数)少,而降压变压器的一次绕组较二次绕组的圈数多。稳压电源和各种家电产品中使用的变压器均属于降压电源变压器。
电源变压器有“E”型电源变压器、“C”型电源变压器和环型电源变压器之分。
①“E”型电源变压器。“E”型电源变压器的铁芯用硅钢片交叠而成。其缺点是磁路中的气隙较大,效率较低,工作时电噪声较大,优点是成本低廉。
②“C”型电源变压器。“C”型电源变压器的铁芯由两块形状相同的“C”型铁芯(由冷轧硅钢带制成)组合而成,与“E”型电源变压器相比,其磁路中气隙较小,性能有所提高。
③环型电源变压器。环型电源变压器的铁芯由冷轧硅钢带卷绕而成,磁路中无气隙,漏磁极小,工作时电噪声较小。(3)中频变压器
中频变压器俗称中周,是超外差式收音机和电视机中的重要组件。中周的磁芯是用具有高频或低频特性的磁性材料制成,低频磁芯用于调幅收音机,高频磁芯用于电视机和调频收音机。中频变压器属于可调磁芯变压器,由屏蔽外壳、磁帽(或磁芯)、尼龙支架、“工”字磁芯和引脚架等组成,如图l0(b)所示。调节其磁芯,改变线圈的电感量,即可改变中频信号的灵敏度、选择性及通频带。不同规格、不同型号的中频变压器不能直接互换使用。
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干式变压器特点及结构
相对于油式变压器,干式变压器因没有油,也就没有火灾、爆炸、污染等问题,故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单独房间内。特别是新的系列,损耗和噪声降到了新的水平,更为变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。
三、干式变压器的温度控制系统
干式变压器的运行和使用寿命,很大程度上取决于变压器绕组绝缘的可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏,是导致变压器不能正常工作的主要原因之一,因此对变压器的运行速度的监测及其报警控制是十分重要的。
四、干式变压器的防护方式
根据使用环境特征及防护要求,干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP23防护外壳,可防止直径大于12mm的固体异物及鼠、蛇、猫、雀等小动物进入,造成短路停电等恶性故障,为带电部分提供屏障。若须将变压器安装在户外,则可选用IP23防护外壳,除上述IP20防护功能外,更可防止与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降,选用时要注意其运行容量的降低。
五、干式变压器的冷却方式
干式变压器冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时,变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时,变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行,或应急事故过负荷运行;由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大,处于非经济运行状态,故不应使其处于长时间连续过负荷运行。
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