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標(biāo)簽 > 變壓器
變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈，變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。
變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器（電爐變、整流變、工頻試驗變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等）。電路符號常用T當(dāng)作編號的開頭。例： T01， T201等。
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工作原理
變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡單的鐵心變壓器由一個軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成，如圖所示。
鐵心的作用是加強(qiáng)兩個線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個線圈之間沒有電的聯(lián)系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個線圈接交流電源稱為初級線圈（或原線圈），另一個線圈接用電器稱為次級線圈（或副線圈）。實際的變壓器是很復(fù)雜的，不可避免地存在銅損（線圈電阻發(fā)熱）、鐵損（鐵心發(fā)熱）和漏磁（經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線）等，為了簡化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是：忽略漏磁通，忽略原、副線圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流（副線圈開路原線圈線圈中的電流）。例如電力變壓器在滿載運(yùn)行時（副線圈輸出額定功率）即接近理想變壓器情況。
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的，φ也是簡諧函數(shù)，表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈中的感應(yīng)電動勢為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表示，副線圈物理量用下角標(biāo)2表示），其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線圈電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
進(jìn)而得出：
U1/U2=N1/N2
在空載電流可以忽略的情況下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副線圈電流有效值大小與其匝數(shù)成反比，且相位差π。
進(jìn)而可得
I1/ I2=N2/N1
理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器本身無功率損耗。實際變壓器總存在損耗，其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高，可達(dá)90%以上。
原副邊電壓計算
變壓器中感應(yīng)電動勢的計算公式為：
上面的公式中各量分表所指：
E：表示感應(yīng)電動勢，單位伏特，簡稱伏（V）；
f：表示電源頻率，單位赫茲（Hz）；
N：表示線圈匝數(shù)（匝）；
Φ：表示磁通，單位韋伯（Wb）；
由于磁通Φ穿過原、副邊繞組而閉合，所以原、副邊感應(yīng)電動勢分別為：
兩個公式相除得
稱為變壓器的變比。
變壓器變壓比
在一般的電力變壓器中，繞組電阻壓降很小，可以忽略不計，因此在原邊繞組中可以認(rèn)為電壓U1=E1。由于副邊繞組開路，電流I2=0，它的端電壓U2與感應(yīng)電動勢E2相等，即U2=E2。所以由上面的原、副邊感應(yīng)電動勢公式得：
公式中K為原邊電壓U1和副邊電壓U2之比，這個K的數(shù)值稱為變壓器的變壓比。
由上是表明，變壓器原、副邊繞組的電壓比等于原、副繞組的匝數(shù)比，因此如果要原、副邊繞組有不同的電壓，只要改變他們的匝數(shù)即可。當(dāng)N1＞N2時，K＞1，變壓器降壓；當(dāng)N1＜N2時，K＜1，變壓器升壓。
對于已經(jīng)支撐的變壓器而言，其K為定值，故副邊電壓和原邊電壓成正比，也就是說副邊電壓隨著原邊電壓的升高而升高，降低而降低。但加載原邊繞組兩端的電壓必須為額定值。因為，當(dāng)外加電壓比額定電壓略有超過時，原邊繞組中通過的電流將大大增加，如果把額定電壓為220V的變壓器錯誤的接到380V的線路上，則原繞組的電流將急劇增大，致使變壓器燒毀。
把變壓器的副邊繞組負(fù)載接通后，在副邊電路中有電流I2通過，此時，稱變壓器負(fù)載運(yùn)行。由于副邊繞組中電流I2也將在鐵芯中產(chǎn)生磁通（即自感應(yīng)現(xiàn)象），這種磁通對于原邊電流所產(chǎn)生的磁通而言，是起去磁作用的，即鐵芯中的磁通應(yīng)為原邊、副邊繞組中電流產(chǎn)生的磁通的合成。但在外加電壓U1和電源頻率f不變的條件下，由近似公式：
上式中可以看出，合成磁通Φ應(yīng)基本保持不變。因此，隨著I2出現(xiàn)，原邊繞組中通過的電流I1將增加，這樣才能使得原繞組中的磁通以免體校副繞組的磁通，另一面維持鐵芯中的合成磁通保持不變。由此可知，變壓器原邊電流I1的大小是由副邊電流I2的大小來決定的。
從能量觀點來看，變壓器原邊線圈從電源吸取的功率P1應(yīng)等于副邊線圈的輸出功率P2（忽略變壓器的線圈電阻和磁通的傳遞損耗），即：
P1=P2 或 I1U1=I2U2
所以變壓比：
由此可見，變壓器原邊、副邊的電流比與他們的匝數(shù)比或電壓比成反比。例如一臺變壓器的匝數(shù)N1＜N2，是升壓變壓器，則電流I1＞I2；如果繞組匝數(shù)N1＞N2為降壓變壓器，則電流I2＞I1。也就是說，電壓高的一邊電流小，而電壓低的一邊電流大。
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