變壓器工作原理及詳細(xì)介紹

1.變壓器 ---- 靜止的電磁裝置

變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能

電壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。

變壓器原理

與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組

與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組

一次繞組的 二次繞組的

電壓相量 U1 電壓相量 U2

電流相量 I1 電流相量 I2

電動(dòng)勢(shì)相量 E1 電動(dòng)勢(shì)相量 E2

匝數(shù) N1 匝數(shù) N2

同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為 φm ,該磁通量稱為主磁通

補(bǔ)充變壓器工作原理：

變壓器是變換交流電壓、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。

2.理想變壓器

不計(jì)一次、二次繞組的電阻和鐵耗，

其間耦合系數(shù) K=1 的變壓器稱之為理想變壓器

描述理想變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為

e1(t) = -N1 d φ/dt

e2(t) = -N2 d φ/dt

若一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化，

則有

不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得

由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系

令 K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則

二.變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1.鐵心

鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度分別為 0.35 mm.3mm.27 mm，

表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成

鐵心分為鐵心柱和橫片倆部分，鐵心柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用

鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種

2.繞組

繞組是變壓器的電路部分，

它是用雙絲包絕緣扁線或漆包圓線繞成

變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理:當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓Ú1時(shí)，流過電流Í1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通Ø1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢(shì)É1，É2，感應(yīng)電勢(shì)公式為：E=4.44fNØm

式中：E--感應(yīng)電勢(shì)有效值

f--頻率

N--匝數(shù)

Øm--主磁通最大值

由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢(shì)E1和E2大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓Ú1和Ú2大小也就不同。

當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時(shí)，一次側(cè)僅流過主磁通的電流（Í0），這個(gè)電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過負(fù)載電流Í2時(shí)，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時(shí)，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流Í0，一部分為用來平衡Í2，所以這部分電流隨著Í2變化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時(shí)，就是磁勢(shì)。

上述的平衡作用實(shí)質(zhì)上是磁勢(shì)平衡作用，變壓器就是通過磁勢(shì)平衡作用實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。

變壓器技術(shù)參數(shù)　對(duì)不同類型的變壓器都有相應(yīng)的技術(shù)要求，可用相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)表示.如電源變壓器的主要技述參數(shù)有：額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級(jí)、溫升、電壓調(diào)整率、絕緣性能和防潮性能，對(duì)于一般低頻變壓器的主要技述參數(shù)是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等.

A.電壓比：

變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí).在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng)N2<N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)低于初級(jí)電壓，這種變壓器稱為降變壓器.初級(jí)次級(jí)電壓和線圈圈數(shù)間具有下列關(guān)系：

U1/U2=N1/N2

式中n稱為電壓比(圈數(shù)比).當(dāng)n<1時(shí)，則N1>N2，U1>U2，該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器.

另有電流之比I1/I2=N2/N1

電功率P1=P2

注意上面的式子只在理想變壓器只有一個(gè)副線圈時(shí)成立

當(dāng)有兩個(gè)副線圈時(shí)P1=P2+P3,U1/N1=U2/N2=U3/N3,電流則須利用電功率的關(guān)系式去求,有多個(gè)時(shí)依此推類

B.變壓器的效率：

在額定功率時(shí)，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率，即

η=(P2÷P1)x100%

式中η為變壓器的效率;P1為輸入功率，P2為輸出功率.

當(dāng)變壓器的輸出功率P2等于輸入功率P1時(shí)，效率η等于100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗.但實(shí)際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時(shí)總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損.

銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗.由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損.

變壓器的鐵損包括兩個(gè)方面.一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過變壓器時(shí)，通過變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化，使得硅鋼片內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時(shí).鐵芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且成旋渦狀，故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗.

變壓器的效率與變壓器的功率等級(jí)有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗與輸出功率就越小，效率也就越高.反之，功率越小，效率也就越低.

Ｃ變壓器的功率

變壓器鐵心磁通和施加的電壓有關(guān)。在電流中勵(lì)磁電流不會(huì)隨著負(fù)載的增加而增加。雖然負(fù)載增加鐵心不會(huì)飽和，將使線圈的電阻損耗增加，超過額定容量由于線圈產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)的散出，線圈會(huì)損壞，假如你用的線圈是由超導(dǎo)材料組成，電流增大不會(huì)引起發(fā)熱，但變壓器內(nèi)部還有漏磁引起的阻抗，但電流增大，輸出電壓會(huì)下降，電流越大，輸出電壓越低，所以變壓器輸出功率不可能是無限的。假如你又說了，變壓器沒有阻抗，那么當(dāng)變壓器流過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生特別大電動(dòng)力，很容易使變壓器線圈損壞，雖然你有了一臺(tái)功率無限的變壓器但不能用。只能這樣說，隨著超導(dǎo)材料和鐵心材料的發(fā)展，相同體積或重量的變壓器輸出功率會(huì)增大，但不是無限大！

怎樣判別電源變壓器參數(shù)

電源變壓器標(biāo)稱功率、電壓、電流等參數(shù)的標(biāo)記，日久會(huì)脫落或消失。有的市售變壓器根本不標(biāo)注任何參數(shù)。這給使用帶來極大不便。下面介紹無標(biāo)記電源變壓器參數(shù)的判別方法。此方法對(duì)選購電源變壓器也有參考價(jià)值。

一、識(shí)別電源變壓器

1． 從外形識(shí)別 常用電源變壓器的鐵芯有Ｅ形和Ｃ形兩種。Ｅ形鐵芯變壓器呈殼式結(jié)構(gòu)（鐵芯包裹線圈），采用Ｄ４１、Ｄ４２優(yōu)質(zhì)硅鋼片作鐵芯，應(yīng)用廣泛。Ｃ形鐵芯變壓器用冷軋硅鋼帶作鐵芯，磁漏小，體積小，呈芯式結(jié)構(gòu)（線圈包裹鐵芯）。

2． 從繞組引出端子數(shù)識(shí)別 電源變壓器常見的有兩個(gè)繞組，即一個(gè)初級(jí)和一個(gè)次級(jí)繞組，因此有四個(gè)引出端。有的電源變壓器為防止交流聲及其他干擾，初、次級(jí)繞組間往往加一屏蔽層，其屏蔽層是接地端。因此，電源變壓器接線端子至少是４個(gè)。

3． 從硅鋼片的疊片方式識(shí)別 Ｅ形電源變壓器的硅鋼片是交*插入的，Ｅ片和Ｉ片間不留空氣隙，整個(gè)鐵芯嚴(yán)絲合縫。音頻輸入、輸出變壓器的Ｅ片和Ｉ片之間留有一定的空氣隙，這是區(qū)別電源和音頻變壓器的最直觀方法。至于Ｃ形變壓器，一般都是電源變壓器。

二、功率的估算

電源變壓器傳輸功率的大小，取決于鐵芯的材料和橫截面積。所謂橫截面積，不論是Ｅ形殼式結(jié)構(gòu)，或是Ｅ形芯式結(jié)構(gòu)（包括Ｃ形結(jié)構(gòu)），均是指繞組所包裹的那段芯柱的橫斷面（矩形）面積。在測(cè)得鐵芯截面積Ｓ之后，即可按Ｐ＝Ｓ2／１．５估算出變壓器的功率Ｐ。式中Ｓ的單位是ｃｍ2。

例如：測(cè)得某電源變壓器的鐵芯截面積Ｓ＝７ｃｍ2，估算其功率，得Ｐ＝Ｓ2／１．５＝７2／１．５＝３３Ｗ?剔除各種誤差外，實(shí)際標(biāo)稱功率是３０Ｗ。

三、各繞組電壓的測(cè)量

要使一個(gè)沒有標(biāo)記的電源變壓器利用起來，找出初級(jí)的繞組，并區(qū)分次級(jí)繞組的輸出電壓是最基本的任務(wù)。現(xiàn)以一實(shí)例說明判斷方法。

例：已知一電源變壓器，共１０個(gè)接線端子。試判斷各繞組電壓。

第一步：分清繞組的組數(shù)，畫出電路圖。

用萬用表Ｒ×１擋測(cè)量，凡相通的端子即為一個(gè)繞組�，F(xiàn)測(cè)得：兩兩相通的有３組，三個(gè)相通的有１組，還有一個(gè)端子與其他任何端子都不通。照上述測(cè)量結(jié)果，畫出電路圖，并編號(hào)。

從測(cè)量可知，該變壓器有４個(gè)繞組，其中標(biāo)號(hào)⑤、⑥、⑦的是一帶抽頭的繞組，⑩號(hào)端子與任一繞組均不相通，是屏蔽層引出端子。

第二步：確定初級(jí)繞組。

對(duì)于降壓式電源變壓器，初級(jí)繞組的線徑較細(xì)，匝數(shù)也比次級(jí)繞組多。因此，像圖４這樣的降壓變壓器，其電阻最大的是初級(jí)繞組。

第三步：確定所有次級(jí)繞組的電壓。

在初級(jí)繞組上通過調(diào)壓器接入交流電，緩緩升壓直至２２０Ｖ。依次測(cè)量各繞組的空載電壓，標(biāo)注在各輸出端。如果變壓器在空載狀態(tài)下較長時(shí)間不發(fā)熱，說明變壓器性能基本完好，也進(jìn)一步驗(yàn)證了判定的初級(jí)繞組是正確的。

四、各次級(jí)繞組最大電流的確定

變壓器次級(jí)繞組輸出電流取決于該繞組漆包線的直徑Ｄ。漆包線的直徑可從引線端子處直接測(cè)得。測(cè)出直徑后，依據(jù)公式Ｉ＝２Ｄ2，可求出該繞組的最大輸出電流。式中Ｄ的單位是ｍｍ。