-隔離變壓器之功率分析--磁能傳遞
左側初級繞組(市電)產生磁動勢Fp，右側次級繞組(負載)產生逆磁動勢Fs
‧隔變的兩者圈數相同Np=Ns=N
‧繞組產生之磁動勢Fp=Fs∝N*I (電流磁效應) (安匝/磁勢平衡)
‧F=磁通量Φ*磁阻R *此文所有的Φ都是交流的"變化磁通量"大小
∵鐵芯之磁阻R僅與磁滯曲線(鐵芯材料)有關![]()
∴靜磁通Φ與I無關
‧次級感應電壓V∝N*Φ (法拉第定律)
*一般低壓電源變壓器 磁通變化頻率=感應電壓頻率故省略計量f
→Φ∝V
→等壓下Φ為恆定值(無關傳輸功率)
| 狀態 |
Vp |
Ip |
F |
ΦM |
Vs |
Is |
| 空載 |
V |
磁化 |
磁化 |
∝V |
V |
0 |
| 220W-220V*50Hz |
220 |
1 |
N |
220 |
220 |
1 |
| 220W-110V*60Hz |
110 |
2 |
2N |
110 |
110 |
2 |
中文翻譯: 空載時一次側僅通過磁化電流(≈0)，磁芯流過ΦM
→二次側產應相等的感應電壓
→接上負載後二次側有電流，產生磁動勢Fs
→因安匝平衡，一次側產生同等電流與磁動勢Fp抵銷Fs，ΦM不變
但不表示相同鐵芯可以無限增加勵磁電流
因鐵芯仍需傳遞N*I之磁動勢(△Φ)，且V∝N
故鐵芯面積S∝V*I∝P
''可以理解為，用木棒推石頭，木棒受靜力為0；但木棒需承受推力=石頭之重量
如果改用牙籤去推，石頭還沒動牙籤就先斷了"
------
--損耗考量
-鐵損Pc(變壓器發熱)
‧磁滯損Ph：磁動-磁通轉化損失∝f頻率*V *磁通密度B^2∝f*Φ^2∝f*V^2
‧渦流損Pe：磁通-感應電壓損失∝(fΦ)^2∝V^2 (Pe≒1/4Ph)
-銅損(繞組發熱)Pcu∝I^2*R *繞組為電感故R隨著頻率增加
→同功率下：鐵損∝fV^2，銅損∝I^2
最大功率取決於f*Vmax(Pc)與Imax(Pcu) (兩者獨立)
*Ph∝B^2，V∝B∝1/S→Pmax∝鐵芯面積^2*導線面積
故220V*50hz之變壓器用於110V*60hz時取其耐電流，額定功率減半
補充：
-最高效率點
變壓器之最高效率點Pc=Pcu
(損耗∝fV^2+I^2，損耗最小值時fV^2=I^2) (微分求極值)
![]()
(此圖Pc=0.8Pcu-max) (最高效率點=紅綠線交點) 一般變壓器設計Pc略小於Pcu-max
*取其長時間接近滿載的工作環境
同樣的隔變(鐵芯、繞組)用於同功率低負載時
‧用於220V時：鐵損高，銅損低
‧用於110V時：鐵損約為220V的0.3倍而銅損為4倍以上
但低功耗時銅損占比很低故110V之總損耗較低
-磁飽和
變壓器磁芯的最大磁通量有其限制
一旦磁通達到飽和，磁動勢再升高也不會增加磁通(F超出右方或左方圖形外)
→磁阻(F/Φ)隨著電流增大而降低
→磁芯的電感量下降、一次側之總感抗下降
→一次側電流上升 燒毀
如果一次側繞組有直流，會占用鐵芯的磁通但不會傳遞功率
*直流之定磁通不會產生感應電壓
導致變壓器之鐵損上升、額定功率下降等負面效應
故需要用去直流模組濾除電源直流
創作內容
隔離變壓器之功率分析
(此圖Pc=0.8Pcu-max) (最高效率點=紅綠線交點)
玩具評測 (3)