變壓器的工作原理及仿真案例

什么是變壓器？

電源設(shè)計(jì)在現(xiàn)在的硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)里是繞不開的課題。在前面的文章中，我們已經(jīng)探討過幾種DCDC轉(zhuǎn)換器，今天我們來探討另一個(gè)低損耗的升降壓方案：變壓器。

變壓器是一種用于改變交流電壓的電路電磁構(gòu)成部分。它可以在保持功率基本不變的情況下，通過電磁轉(zhuǎn)換，將一種交流電壓轉(zhuǎn)換為另一種交流電壓。

變壓器的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，變壓器廣泛用于電壓的升高或降低。它可以用于電氣隔離，能顯著提高系統(tǒng)安全性，減少電擊風(fēng)險(xiǎn)；變壓器的使用也實(shí)現(xiàn)了接地系統(tǒng)分離，可以有效抑制共模噪聲；提供了直流隔離，保護(hù)了敏感電路；在隔離的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了電壓轉(zhuǎn)換和阻抗匹配；限制了故障傳播范圍，提高了系統(tǒng)可靠性；改善了電磁兼容性，有助于滿足EMC要求；支持多重繞組應(yīng)用，適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)需求；還可用于信號耦合、相位調(diào)整和諧波抑制等特殊應(yīng)用。這些優(yōu)勢使變壓器在電力、工業(yè)、醫(yī)療、通信等領(lǐng)域成為不可或缺的關(guān)鍵組件，為現(xiàn)代電氣系統(tǒng)的安全、效率和可靠性提供了堅(jiān)實(shí)保障，極大地推動(dòng)了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展。

變壓器的工作原理

變壓器的工作原理基于電磁感應(yīng)定律。它的電磁結(jié)構(gòu)由兩個(gè)或多個(gè)線圈繞在同一個(gè)鐵芯上構(gòu)成。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，會(huì)有用于繞組之間和繞組與鐵芯之間的絕緣材料，外殼與冷卻系統(tǒng)。由兩個(gè)繞組構(gòu)成的變壓器示意圖如下圖所示：

當(dāng)交流電流通過初級線圈時(shí)，會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場。這個(gè)交變磁場又會(huì)在次級線圈中感應(yīng)出電壓。通過調(diào)整初級和次級線圈的匝數(shù)比，可以得到不同的輸出電壓。通常變壓器不止一條回路,比如單相變壓器有兩條回路,而三相變壓器則有6條回路。

不同的變壓器的鐵芯，繞組材料有諸多不同。巨霖科技的 PowerExpert 支持簡單靈活的自定義變壓器搭建。使用繞組(Winding)，磁芯(Core)或非線性磁芯（NolinearCore)、繞組綁定(K_Magnatic)器件可搭建自定義變壓器。其中理想磁芯支持設(shè)置磁導(dǎo)率，橫截面積與長度，非線性磁芯支持設(shè)置形狀參數(shù)，磁疇壁彎曲常數(shù)，磁滯損失系數(shù)，飽和磁化強(qiáng)度等系數(shù)。磁芯與繞組通過繞組綁定器件設(shè)置為屬于同一個(gè)變壓器。

巨霖 PowerExpert 實(shí)際應(yīng)用

仿真案例分析:

使用巨霖科技的 PowerExpert 軟件 搭建一個(gè)簡單的自定義變壓器，其中繞組一匝數(shù)為5，繞組二匝數(shù)為10，如下圖：

進(jìn)行瞬態(tài)仿真，得到的仿真結(jié)果如下圖：

綜上可知，巨霖科技的 “電源電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真平臺 PowerExpert” 實(shí)際仿真結(jié)果符合參數(shù)設(shè)置，仿真結(jié)果可靠正確。