干式變壓器由鐵心(或磁芯)和線圈構(gòu)成,線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上繞阻,其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈,其余的繞阻叫次級(jí)線圈。它能夠轉(zhuǎn)換交流電流、電流和阻抗。最簡(jiǎn)單的鐵芯干式變壓器由一個(gè)軟磁材料制成的鐵芯及套在鐵芯上的2個(gè)匝數(shù)不等的線圈組成,如圖所示。
鐵芯的作用是加強(qiáng)2個(gè)線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦旋和磁滯損耗,鐵芯由上漆的硅鋼片疊壓成的;2個(gè)線圈之間沒有電的聯(lián)絡(luò),線圈由絕緣銅線(或鋁線)繞成。一個(gè)線圈接交流電稱為初級(jí)線圈(或原線圈),另一個(gè)線圈接用電器稱為次級(jí)線圈(或副線圈)。具體的干式變壓器是很繁雜的,不可避免地存有銅損(線圈電阻發(fā)燙)、鐵損(鐵芯發(fā)燙)和漏磁(經(jīng)氣體關(guān)閉的磁感應(yīng)線)等,為了簡(jiǎn)化探討這里只介紹理想干式變壓器。理想干式變壓器設(shè)立的條件是:忽視漏磁通,忽視原、副線圈的電阻,忽視鐵芯的消耗,忽視空載電流(副線圈開路原線圈線圈里的電流)。比如電力干式變壓器在滿載運(yùn)行中(副線圈導(dǎo)出更大功率)即貼近理想干式變壓器狀況。
干式變壓器是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)干式變壓器的原線圈接在交流電源上時(shí),鐵心里便產(chǎn)生交變磁通,交變磁通用φ表示。原、副線圈里的φ是一樣的,φ也是簡(jiǎn)諧函數(shù),表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,原、副線圈里的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1,U2=e2(原線圈物理量用下角標(biāo)1表明,副線圈物理量用下角標(biāo)2表明),其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2,稱干式變壓器的變比。由上式可得U1/U2=-N1/N2=-k,即干式變壓器原、副線圈電壓有效值比例,等于其匝數(shù)比并且原、副線圈電壓的位相差為π。
從而得到:
U1/U2=N1/N2
在空載電流可以忽略的情形下,有I1/I2=-N2/N1,即原、副線圈電流有效值尺寸與其匝數(shù)成反比,且相位差π。
從而可得
I1/I2=N2/N1
理想干式變壓器原、副線圈的功率相同P1=P2。表明理想干式變壓器自身無(wú)功率損耗。具體干式變壓器總存有消耗,其效率為η=P2/P1。電力干式變壓器的效率很高,可達(dá)90%以上。