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简述变压器的种类和工作原理

192 2022-03-23 来源: IC先生 作者: IC先生

最简单的变压器可以描述为升压或降压的东西。在升压变压器中,输出电压升高,而在降压变压器中,输出电压降低。升压变压器会降低输出电流,降压变压器会增加输出电流,以保持系统的输入和输出功率相等。

变压器基本上是一种电压控制装置,广泛用于交流电力的分配和传输。变压器的想法首先由迈克尔法拉第在1831年讨论,并被许多其他著名的科学学者发扬光大。然而,使用变压器的一般目的是在非常高的电压下产生的电力和在非常低的电压下完成的消耗之间保持平衡。

变压器的概念

变压器是用于电能传输的设备,传输电流为交流电。变压器通常用于在不改变电路之间交流频率的情况下增加或降低电源电压。变压器根据电磁感应和互感应的基本原理工作。

变压器类型

变压器用于发电电网、配电部门、输电和电能消耗等各个领域。目前变压器有多种类型,可根据以下性质进行分类;

  • 工作电压范围
  • 核心使用的介质
  • 绕线排列
  • 安装位置

基于电压等级

根据电压分为:

升压变压器: 用于发电机和电网之间。次级输出电压高于输入电压。

降压变压器: 这些变压器用于将高压初级电源转换为低压次级输出。

基于使用核心介质

在变压器中,可以会发现使用了不同类型的磁芯,主要包括:

壳式变压器:初级和次级绕组之间的磁链是通过空气。绕在非磁条上的线圈或绕组。

铁芯变压器: 绕组绕在堆叠在一起的多个铁板上,为产生磁通提供了完美的联动路径。

基于绕组排列

自耦变压器: 它只有一个绕组缠绕在叠片铁芯上。初级和次级共用同一个线圈。

基于安装位置

电力变压器: 用于发电站,适用于高压应用。、

配电变压器: 主要用于家用配电线路,专为承载低电压而设计。它非常易于安装,并且具有低磁损耗的特点。

测量变压器: 这些被进一步分类,主要用于测量电压、电流、功率。

保护变压器: 它们用于组件保护目的。在电路中,必须保护某些元件免受电压波动等影响。

变压器的工作原理

变压器的工作原理是法拉第电磁感应和互感应定律。

变压器的工作原理

变压器铁芯上通常有两个线圈初级线圈和次级线圈。铁心叠片以条带的形式连接。两个线圈具有高互感。当交流电通过初级线圈时,它会产生变化的磁通量。根据法拉第电磁感应定律,磁通量的这种变化会在次级线圈中感应出电动势(电动势),该次级线圈与具有初级线圈的铁芯相连。这是互感。

总的来说,变压器进的工作流程如下:

  • 电能从电路转移到另一个电路
  • 通过电磁感应传输电能
  • 不改变频率的电力传输
  • 两个电路相互感应
变压器进的工作流程


上图显示了在载流导线周围形成的磁力线。包含磁通线的平面的法线平行于导线横截面的法线。

磁力线

图显示了绕线周围不同磁通量线的形成。有趣的是,反过来也是如此,当磁力线围绕一根导线波动时,会在其中感应出电流。这就是迈克尔法拉第在 1831 年发现的,它是发电机和变压器的基本工作原理。

单相变压器的零件

单相变压器的主要部件包括:

1.核心

铁芯充当变压器中绕组的支撑。它还为磁通量的流动提供了低磁阻路径。如下图所示,绕组缠绕在铁芯上。它由层压软铁芯组成,以减少变压器中的损耗。工作电压、电流、功率等因素决定了核心组成。磁芯直径与铜损成正比,与铁损成反比。

2. 绕组

绕组是缠绕在变压器铁芯上的一组铜线。使用铜线是因为:

  • 铜的高电导率可最大限度地减少变压器中的损耗,因为当电导率增加时,电流阻力会降低。
  • 铜的高延展性是金属的特性,可以将其制成非常细的电线。
  • 绕组主要有两种。初级绕组和次级绕组。

初级绕组:馈入电源电流的一组绕组匝数。

次级绕组:从中获取输出的一组绕组匝数。

初级和次级绕组使用绝缘涂层剂相互绝缘。

3.绝缘剂

变压器需要绝缘以将绕组彼此分开并避免短路。这有利于相互感应。绝缘剂对变压器的耐久性和稳定性有影响。

以下用作变压器中的绝缘介质:

  • 绝缘油
  • 绝缘胶带
  • 绝缘纸
  • 木质层压

理想变压器

理想变压器没有损耗,其绕组无漏磁,无欧姆电阻,铁芯无铁损。

变压器的EMF方程

变压器的EMF方程

N 1 – 初级匝数。

N 2 – 次级匝数。

Φ m – 韦伯的最大通量 (Wb)。

T——时间段。时间为1个周期。

形成的通量是正弦波。它上升到最大值 Φ m并减小到负最大值 Φ m。因此,通量在四分之一周期内达到最大值。所用时间等于 T/4。

平均通量变化率 = Φ m /(T/4) = 4fΦ m

其中f = 频率

T = 1/f

每匝感应电动势 = 每匝磁通变化率

形状因数 = rms 值 / 平均值

Rms值 = 1.11 (4fΦ m ) = 4.44 fΦ m [正弦波的形状因子为 1.11]

绕组中感应电动势的RMS值=每匝电动势的 RMS值 x 匝数

初级绕组

感应电动势的Rms值 = E 1 = 4.44 fΦm * N 1

二次绕组

感应电动势的Rms值 = E 2 = 4.44 fΦm * N 2

二次绕组

这是变压器的电动势方程。

对于空载条件下的理想变压器来说:

E 1 = 初级绕组上的电源电压。

E 2 = 次级绕组上的端电压(理论值或计算值)。

变压比

K称为变压比,是一个常数。

变压比

案例1:如果N 2 > N 1, K>1,则称为升压变压器。

案例2:如果N 2 < N 1,K<1,则称为降压变压器。

变压器的应用

  • 变压器通过电线长距离传输电能 。
  • 具有多个次级的变压器用于需要几种不同电压的无线电和电视接收器 。  
  • 变压器用作电压调节器。

总结

通过以上介绍不难发现,变压器就是是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,在电气设备中起到升降电压的作用,并且还有匹配阻抗、安全隔离等功能。

目前变压器的应用也是非常的广泛,而作为常用的电子元器件之一,变压器也通常被应用于微型集成电路上面。

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简述变压器的种类和工作原理


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文章标签: 变压器
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