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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)的開頭。例: T01, T201等。
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(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)的開頭。例: T01, T201等。
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)線圈接交流電源稱為初級(jí)線圈(或原線圈),另一個(gè)線圈接用電器稱為次級(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(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(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,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(dòng)勢分別為:
兩個(gè)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(jì),因此在原邊繞組中可以認(rèn)為電壓U1=E1。由于副邊繞組開路,電流I2=0,它的端電壓U2與感應(yīng)電動(dòng)勢E2相等,即U2=E2。所以由上面的原、副邊感應(yīng)電動(dòng)勢公式得:
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?yàn)?,?dāng)外加電壓比額定電壓略有超過時(shí),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(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,此時(shí),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(diǎn)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(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,電壓高的一邊電流小,而電壓低的一邊電流大。
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