变压器

变压器简介

  变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。电路符号常用T当作编号的开头。例： T01， T201等。

变压器百科

  变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。电路符号常用T当作编号的开头。例： T01， T201等。

  工作原理

  变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如图所示。

  铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈（或原线圈），另一个线圈接用电器称为次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等，为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。例如电力变压器在满载运行时（副线圈输出额定功率）即接近理想变压器情况。

  变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的，φ也是简谐函数，表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1，U2=e2（原线圈物理量用下角标1表示，副线圈物理量用下角标2表示），其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器原、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。

  进而得出：

  U1/U2=N1/N2

  在空载电流可以忽略的情况下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且相位差π。

  进而可得

  I1/ I2=N2/N1

  理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高，可达90%以上。

  原副边电压计算

  变压器中感应电动势的计算公式为：

  上面的公式中各量分表所指：

  E：表示感应电动势，单位伏特，简称伏（V）；

  f：表示电源频率，单位赫兹（Hz）；

  N：表示线圈匝数（匝）；

  Φ：表示磁通，单位韦伯（Wb）；

  由于磁通Φ穿过原、副边绕组而闭合，所以原、副边感应电动势分别为：

  两个公式相除得称为变压器的变比。

  变压器变压比

  在一般的电力变压器中，绕组电阻压降很小，可以忽略不计，因此在原边绕组中可以认为电压U1=E1。由于副边绕组开路，电流I2=0，它的端电压U2与感应电动势E2相等，即U2=E2。所以由上面的原、副边感应电动势公式得：

  公式中K为原边电压U1和副边电压U2之比，这个K的数值称为变压器的变压比。

  由上是表明，变压器原、副边绕组的电压比等于原、副绕组的匝数比，因此如果要原、副边绕组有不同的电压，只要改变他们的匝数即可。当N1＞N2时，K＞1，变压器降压；当N1＜N2时，K＜1，变压器升压。

  对于已经支撑的变压器而言，其K为定值，故副边电压和原边电压成正比，也就是说副边电压随着原边电压的升高而升高，降低而降低。但加载原边绕组两端的电压必须为额定值。因为，当外加电压比额定电压略有超过时，原边绕组中通过的电流将大大增加，如果把额定电压为220V的变压器错误的接到380V的线路上，则原绕组的电流将急剧增大，致使变压器烧毁。

  把变压器的副边绕组负载接通后，在副边电路中有电流I2通过，此时，称变压器负载运行。由于副边绕组中电流I2也将在铁芯中产生磁通（即自感应现象），这种磁通对于原边电流所产生的磁通而言，是起去磁作用的，即铁芯中的磁通应为原边、副边绕组中电流产生的磁通的合成。但在外加电压U1和电源频率f不变的条件下，由近似公式：

  上式中可以看出，合成磁通Φ应基本保持不变。因此，随着I2出现，原边绕组中通过的电流I1将增加，这样才能使得原绕组中的磁通以免体校副绕组的磁通，另一面维持铁芯中的合成磁通保持不变。由此可知，变压器原边电流I1的大小是由副边电流I2的大小来决定的。

  从能量观点来看，变压器原边线圈从电源吸取的功率P1应等于副边线圈的输出功率P2（忽略变压器的线圈电阻和磁通的传递损耗），即：

  P1=P2 或 I1U1=I2U2

  所以变压比：

  由此可见，变压器原边、副边的电流比与他们的匝数比或电压比成反比。例如一台变压器的匝数N1＜N2，是升压变压器，则电流I1＞I2；如果绕组匝数N1＞N2为降压变压器，则电流I2＞I1。也就是说，电压高的一边电流小，而电压低的一边电流大。