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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(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)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(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)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(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)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(yàn)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(hào)常用T當(dāng)作編號(hào)的開(kāi)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(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡(jiǎn)單的鐵心變壓器由一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)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(gè)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(gè)線圈之間沒(méi)有電的聯(lián)系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個(gè)線圈接交流電源稱(chēng)為初級(jí)線圈（或原線圈），另一個(gè)線圈接用電器稱(chēng)為次級(jí)線圈（或副線圈）。實(shí)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(jiǎn)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(kāi)路原線圈線圈中的電流）。例如電力變壓器在滿載運(yùn)行時(shí)（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(shí)，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(jiǎn)諧函數(shù)，表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈中的感應(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(chēng)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(shuō)明理想變壓器本身無(wú)功率損耗。實(shí)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(jì)算
變壓器中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式為：
上面的公式中各量分表所指：
E：表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位伏特，簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)原、副邊繞組而閉合，所以原、副邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別為：
兩個(gè)公式相除得
稱(chēng)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(jì)，因此在原邊繞組中可以認(rèn)為電壓U1=E1。由于副邊繞組開(kāi)路，電流I2=0，它的端電壓U2與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2相等，即U2=E2。所以由上面的原、副邊感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式得：
公式中K為原邊電壓U1和副邊電壓U2之比，這個(gè)K的數(shù)值稱(chēng)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(shí)，K＞1，變壓器降壓；當(dāng)N1＜N2時(shí)，K＜1，變壓器升壓。
對(duì)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(shuō)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?yàn)椋?dāng)外加電壓比額定電壓略有超過(guò)時(shí)，原邊繞組中通過(guò)的電流將大大增加，如果把額定電壓為220V的變壓器錯(cuò)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(guò)，此時(shí)，稱(chēng)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(duì)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(guò)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(lái)決定的。
從能量觀點(diǎn)來(lái)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(jiàn)，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(tái)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(shuō)，電壓高的一邊電流小，而電壓低的一邊電流大。
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