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享曆工業股份有限公司

  Terminal Blocks Manufacturer 
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端子台 Terminal Block 之介紹以及
實際應用變壓器篇

http://www.shining.com.tw/2CT/CT_support_application_info_terminal_blocks_transformer.htm

03. 變壓器: 英文名稱為TransformerElectrical TransformerPower Distribution Transformer
顧名思義,變壓器就是將電壓轉換變大變小的產品,為現代許多3C產品不可或缺之零件,也是很重要的發明,它可以讓一項電器用品因為經過變壓器而可以使用。當然,不同的使用條件下有不同的變壓器。在台灣,著名的電壓器製造廠商有:

A.      施耐德

B.      利能電機

C.      亮順

D.      吉密科技

E.      健銘電機

F.      竝峰電機

G.     富國電機

H.     威雄

I.        聖英

J.       泰林

K.      名言實業

L.       久鑫開發機電

M.    利能電機廠

 

在交流電路中,變壓器的功能是使交流系統能以極少的電力損失來輸送大電力,並能提供電路中不同的電壓值給負載使用;在發電的過程中,採中電壓值,可顧安全與經濟;在送電的過程中,是希望電壓越高,可以減少輸送電流的損失,可採用小線徑的導線來輸送,較為經濟;在用戶用電的環境,則是電壓越低越安全,所以由發電、送電、用電戶皆須變壓器做升壓與降壓的動作。

 

一般來說,一個變壓器基本需要由以下部分所組成:

 1.   線圈(Coil)  2.  鐵芯(Core)  3.  絕緣保護  4.  屏蔽物   5. 絕緣油 

主要結構是由內部有一組線圈繞組(又稱初級繞組或一次線圈),及另一組線圈繞組(又稱次級繞組或二次線圈),兩線圈繞組是以漆包線繞成,線圈圈數不同,粗細也不同。線圈是繞於矽鋼片所疊合成的鐵芯上,層與層間有絕緣油紙隔開,再以絕緣油注入,以幫助冷卻散熱及防止水份侵入,再裝此總成放於鐵殼內,最後裝入於鋼或鋁或電木製成的外殼內,然後密封。矽鐵片鐵芯可以減少渦流電流,使磁力線迅速變化;變壓器一次線圈繞組及二次線圈繞組的線徑粗細,是電流大小而定,低壓測電流較大,所以線圈線徑較粗,高壓測電流較小,所以線圈線徑較細。(見圖1.)

1. 變壓器原理 From: http://www.shs.edu.tw/works/essay/2008/03/2008033111252053.pdf

 

變壓器依鐵芯與繞組的配置方式,分為外鐵式、內鐵式、分布外鐵式、捲鐵式,如圖2~4

 

A. 外鐵式變壓器的一次側繞組與二次側繞組都夾至於鐵芯中。鐵芯的形狀呈日字形,繞組在中柱,即鐵心包圍著繞組。此型式的變壓器能承受的機械應力大,所以適用於低電壓大電流的場合,其用鐵量較內鐵式多。

B. 內鐵式變壓器其絕緣、散熱性能佳。鐵心位於內側,高、低壓繞組則包圍著鐵心且鐵心的形狀呈口字型。絕緣容易處理且可節省絕緣費用,但其能承受機械應力的能力較小。適用於高電壓、小電流的場合、用銅量較外鐵式變壓器多。


 (From:
http://www.tyai.tyc.edu.tw/am/mtkao/file/ec/e2/ei06.pdf)

2. 內鐵式、外鐵式變壓器圖示 From: http://www.tyai.tyc.edu.tw/am/mtkao/file/ec/e2/ei06.pdf

 

C. 分佈外鐵式變壓器: 此種鐵心的形狀,使磁通的分佈呈輻射形狀。此型式的鐵心���一可裝置繞組的中間鐵心,且有四條磁通路徑,磁路及繞組每匝的平均長度較短。

D. 捲鐵式變壓器: 鐵心採用冷軋的矽剛帶疊合而成,鐵心的磁路為連續的,且沒有個別疊片末端的接縫,磁阻小、激磁電流小、損失亦小,所以變壓器的效率很高。

3. 分佈外鐵式變壓器圖示 From: dme.nkmu.edu.tw

 

4. 捲鐵式變壓器圖示 From: dme.nkmu.edu.tw

 

就變壓器應用種類來說,基本型變壓器可以分為以下類:

A.     ET 變壓器:最常見的變壓器。便宜,不過洩磁較大,同樣大小效率較低;具有雜散電容小,紋波係數低,電感偏差小等特點,廣泛應用於彩色電視電源,液晶顯示電源,電腦開關電源,電子鎮流器等。見圖5.

B.     環形變壓器:洩磁較低的變壓器。效率高。雖然是環形的,側面看是方形的。由於鐵芯的磁通密度較高,所以鐵芯的截面積可以大為減少。���時,環形變壓器採用環形穿繞��方式穿繞初級線圈,可以充分利用空間,使線穿的用線量可以大為減少。見圖6.

C.     O形變壓器:鐵芯無切口、斷面,無洩磁的的問題,確保磁路上的低阻抗,就是效率的提升與磁漏的減少,同時因為體積小,線圈繞組占用的長度也少,所以直流阻抗也低,所帶來O形變壓器在音質上的醇厚度,在實際比較上,有明顯差別。見圖7.

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5. ET 變壓器

6. 環形變壓器

 

7. O形變壓器

(資料來源:楊哲彰(2004)。認識變壓器。元智大學。最佳化設計實驗室。http://designer.mech.yzu.edu.tw/

 

理論上當變壓器的轉換效率為100%時,一次線圈側輸入功率與二次線圈側輸出功率相同,但實際上由於激磁所產生的磁力線不可能全部都被侷限在鐵芯中,再加上其他的內部損耗,轉換效率勢必下降。(此部分類似於火力發電。利用燃燒將熱能轉換成電能時,實際上無法將所有的熱能轉換成電能,正常會有部分損耗。)

 

通常變壓器的損耗可分為兩類:「鐵損」與「銅損」,前者與負載無關,因此又稱為「無負載損」,後者則和負載的大小有關,稱為「負載損」,分別說明如下:

1.      無負載損:
由���線圈的內阻,一次線圈的激磁電流會造成內損(
P=IV),但是此電流極小,通常可忽略不計。再者,鐵心矽鋼片的材質不同,以及電壓頻率的變化,會造成「磁滯損(hysteresis loss)」,電壓頻率越高則磁滯損將會越大。降低磁滯效應的作法是目前廣為採用的約含3%矽的材料的矽鋼片鐵心,且另一方面,高導磁的材料通常其磁通飽和密度較低,但可藉由添加矽元來素提高磁通飽和密度。
另一個很重要的變壓器能量損耗是「渦流損(Eddy Current loss)」,由於鐵心本身也是導體,因當鐵心通過磁力線,此時會在鐵心內與磁力線垂直的切面上形成電流環路,如(圖8)所示,渦流同樣會造成P=IV 的內部損耗,變成熱能。渦流的現象是無法完全解決的,但要降低渦流的影響,目前的作法是如(圖9)所示,的方式,鐵心採用相互絕緣的薄片堆疊而成,每片薄片僅約0.2mm 0.35mm,矽鋼片的厚度越薄,則渦流越小,此外,上段敘述中所提及的添加矽元素於鐵心中,除了提高磁通飽和密度外,也可以降低鐵心導電性,亦即降低渦流。

2.      負載損:負載損包含「電阻損」與「漂游損」兩部份。
電阻損起因於線圈本身的電阻,當負載端的電流越大,則電阻損就越大,繞組的電阻損佔變壓器銅損近
50%,因此欲降低銅損主要的考量是增加導線的截面積以及減少線圈匝數。慎選較好的銅材質並使用線徑較粗的銅導線也可降低電阻,此外若採用導磁性極高的鐵心材質或採用無接縫捲鐵心,則可降低線圈匝數,達到降低銅損的目的。

8. 電流環路

 

9. 鐵芯排列方式

( 資料來源:楊哲彰(2004)。認識變壓器。元智大學。最佳化設計實驗室。http://designer.mech.yzu.edu.tw/

 

現今,由於對電力的需求越來越大,且對變壓器的要求越來越高,變壓器的功能越來越強大,造價也越來越高。故在強調變壓器功率的同時,亦相當要求變壓器的安全性。

 

以下,就變壓器的使用範圍及安全性方面,總結出變壓器的安全須知。

 

安裝須知:

A.      室溫: 在室內使用變壓器,其室溫必須在-5OC~40OC(若安裝在室外,則另外規定)

B.      防水、防潮: 變壓器是一種對潮濕相當敏感的電氣裝置,請在安裝變壓器時,注意防水、防潮之規定。

C.      防塵: 變壓器是一種對於灰塵、汙垢相當敏感的電氣裝置,請在安裝變壓器時,注意防塵之規定。

D.      防震: 變壓器是一種精密的裝置。變壓器在運作時是相當脆弱的。因此,安裝在機殼裡面時,其機殼和地板必須要有一個穩定的裝置(例如:滾輪),以免在地震因上下左右震動時,而造成變壓器內部震動,造成變壓器損毀。

E.      其他: 變壓器的使用位置,不得高於海平面1000公尺以上。假如可以,盡可能避免接觸到化學物質。

 

接線須知:

A.     配線: 特殊的變壓器(例如:三相變壓器)。在配線的同時,不論是電源側或是負載側,均要將其磁極接上正確的位置。

B.     端子台: 若使用的端子台之螺絲扭力不足,則很容易在某些場合造成火災。如何在安裝充分了解端子台螺絲扭力是否充足,我們可以利用附有扭力矩螺絲起子或板手來測試端子台的扭力矩。www.shining.com.tw

C.     接地端子: 若該變壓器有裝置接地端子,請注意,接地端子絕對不可與電壓器的燃氣通道相連接,此狀況極為容易產稱火災或是爆炸。

 

使用須知:

A. 電源電壓: 必須在其指定之電源電壓範圍內使用變壓器。如果其使用電壓大於變壓器的指定使用範圍,則會縮短變壓器的使用壽命。

B. 防觸電保護: 不論電壓器使用在運轉時,均不得接觸變壓器。當然,在運轉時絕對不可以碰觸變壓器的鐵芯以及線圈,以免產生觸電危險。若發生觸電危險時,請立刻關閉總電源。

( 資料來源:SDS Electric Thailand Co., Ltdhttp://www.showa-co.jp/index.htm

 

事實上,變壓器的適用範圍以及種類非常的廣,但事實上變壓器依然有一些使用的限制在,如下:

A.      直接把直流電轉成交流電,或直接把交流電轉換為直流電。前者必須使用逆變器,後者必須使用整流器

B.      改變直流電的電壓或電流。

C.      變更交流電的頻率,必須使用變頻器

D.      把單相電流轉為多相電流。

 

在變壓器上所運用的端子台種類也非常的多。以下就圖面的方式讓大家����特殊種類的���壓器以及推薦適合各式變壓器使用之享曆端子台

1.    單相變壓器: 一般來說,此種變壓器多用於工作母機、電控、精密設備內部。先前我們所描述到的外鐵式、內鐵式、分布外鐵式、捲鐵式變壓器均為單相變壓器的基本雛型,其差別在於增加變壓器與端子台的配線。單相變壓器使用的電流為單相電。單相變壓器的電容量一般來說大約在10VA~15KVA左右。接線方式是透過PVC引線以及焊片與端子台進行接接線。端子台是透過變壓器上的機板透過螺絲進行固定。其中,就下圖10~12. 我們可以發現享曆TB系列固定式端子台蹤跡。

10. 單相變壓器與享曆TB系列��子台之配線

 

11. 單相變壓器與享曆TB系列端子台之配線

12. 單相變壓器與享曆TU系列歐規軟式端子台之配線

( 資料來源:名言實業。http://www.mygreat.com.tw/pro2.htm

 

2.    三相變壓器: 一般來說,此種變壓器適合CNC數控機床、精密設備、工具機、整廠電源供應用。先前我們所描述到的外鐵式、內鐵式、分布外鐵式、捲鐵式變壓器均為三相變壓器的基本雛型,其差別在於增加變壓器與端子台的配線。三相變壓器使用的電流為三相電。三相變壓器的電容量一般來說大約在1KVA~500KVA左右。接線方式是透過PVC引線以及焊片與端子台進行接接線。由於三相變壓器的電容量非常高,所以在正常狀況之下均會安裝於鐵箱或配電箱內已達保護的作用,並接上接地式端子台以防止觸電漏電的情形發生。端子台是透過變壓器上的機板透過螺絲進行固定,亦也可以在變壓器上方設置軌道來固定端子台,其中因三相變壓器的配線較為複雜,因此以後者方式進行固定是目前較廣為接受的方式。由於歐美地區是出口的主要市場,三���變���器亦有配置歐式端子台的設計。在下圖13~15. 我們可以發現享曆TA系列軌道組合式端子台享曆TE系列軌道組合式端子台享曆TF系列歐式端子台享曆TF-G系列接地式端子台蹤跡。

 

13. 三相變壓器與享曆TE系列軌道組合式端子台之配線

14. 三相變壓器與享曆TA系列軌道組合式端子台之配線

 

15. 三相變壓器與享曆TF系列歐式端子台享曆TF-G系列接地式端子台之配線

( 資料來源:利能機電廠。http://www.lineng.com.tw/lineng/

 

3.    隔離變壓器:隔離變壓器是在使用某些電氣時為了人身安全而加設的。隔離變壓器的隔離是指變壓器初級側與次級側之間是電絕緣的,並保有一定的安全距離。變壓器的隔離是隔離原副邊繞線圈各自的電流。隔離變壓器的首要任務是將原副邊繞組進行電絕緣隔離,因此對他的基本要求是保證原副邊的絕緣性能。變壓並不是他的首要任務,多數的隔離變壓器並不進行變壓,及原副邊繞組匝數箱等。比如晶閘管直流調速系統中為了防止主電路高壓侵入脈衝數控裝置而使用的脈衝變壓器也是典型。

隔離變壓器是在使用某些電氣石為了人身安全而加設的。例如在維修彩色電視機時,因為有彩色電視機的店員部分和市電相連,若維修人員不注意碰到了這部分的電路,就會引起觸電,危及人身安全。其次,在維修一些家用電器時,也應該接上隔離變壓器。接入的方法是: 首先把隔離變壓器的一邊接頭接入電源插頭,另一邊接一個插座,再從隔離變壓器接入的插座上就可以插接用維修的家用電器了。

 

見下圖16. 因為此變壓器的面積較小,安裝軌道空間有限,因此採用寬度較小的軌道來安裝端子台享曆TS系列春日型端子台是用安裝於寬度25mm的軌道上,是非常符合此變壓器的設計。

16. 三相隔離變壓器與享曆TS系列春日型端子台之配線

資料來源:http://njeyou.big5.made-in-china.com/product/sewEgRavApVy/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E9%9A%94%E7%A6%BB%E5%8F%98%E5%8E%8B%E5%99%A8%EF%BC%88DSG%EF%BC%89.html

 

4.    自耦變壓器:自耦變壓器是一個特例,其中一個線圈成為另一個線圈的一部分。自耦變壓器也常常用於電機起動。自耦式變壓器是只有一組線圈同時用作原線圈及副線圈的變壓器。降壓時會從共用線圈引出一部份用作副線圈,而當升壓時會從共用線圈引出比原線圈多的一部份用作副線圈。 自耦變壓器是指它的繞組一部分是高壓邊和低壓邊共用的。另一部分只屬於高壓邊。根據結構還可細分為可調壓式和固定式。自耦變壓器的耦是電磁耦合的意思,普通的變壓器是通過原副邊線圈電磁耦合來傳遞能量,原副邊沒有直接的電的聯繫,自耦變壓器原副邊有直接的電的聯繫,它的低壓線圈就是高壓線圈的一部分。自耦變壓器的工作原理其實和普通變壓器一樣的,只不過他的原線圈就是它的副線圈。一般的變壓器是左邊一個原線圈通過電磁感應,使右邊的副線圈產生電壓,自耦變壓器是自己影響自己。自耦��壓器是只有一個繞組的變壓器,當���為降壓變壓器使用時,從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組;當作為升壓變壓器使用時,外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時屬於一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組,自耦變壓器的其餘部分稱為串聯繞組,同容量的自藕變壓器與普通變壓器相比,不但尺寸小,而且效率高,並且變壓器容量越大,電壓越高.這個優點就越加突出。因此隨著電力系統的發展、電壓等級的提高和輸送容量的增大,自藕變壓器由於其容量大、損耗小、造價低而得到廣泛應用。

17. 自耦變壓器

 

5.    漏磁變壓器:漏磁變壓器用於負載急劇變化而又要求逐步趨於穩定狀態的電子設備中,如熒光燈電源、離子泵電源等設備。這一類負載表現為開始工作時阻抗較大,需要較高的瞬間電壓;而當穩定工作時,負載阻抗較小,需將負載電流限製在允許值內,以使其能正常工作。見下圖18.漏磁變壓器與享曆TR系列端子台之配線。

16. 磁漏變壓器與享曆TR系列春日型端子台之配線

在選購 軌道安裝式端子台時,除了要注意電氣規格之外,最重要該注意的部分是所謂的線徑,以及端子台安裝軌道的寬度。因為當安裝軌道的寬度與端子台本身不合適時,是無進行安裝的。至於端子台Pole數不足時,是無法將所有的配線裝在端子台上的,若端子台上的配線不足時,可能造成變壓器本身失去部分或全部功能,更可能造成其他危機。

目前,享曆工業所生產的軌道安裝式端子台深獲業界好評,其中,又以享曆TA系列軌道組合式端子台享曆TE系列軌道組合式端子台TF系列歐式端子台TF-G系列接地式端子台TR系列春日型端子台TS系列春日型端子台最受歡迎。若有需要了解享曆軌道安裝式端子台麻煩請來電+886-02-2221-7858或來信hsichin2@ms37.hinet.net,我們會竭誠為您服務。

 


 
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