单相变压器结构组成和工作原理

单相变压器是一种接受单相交流电并输出单相交流电的电气设备，主要用于非城市地区的配电，因为所涉及的总体需求和成本低于三相配电变压器。它们用作降压变压器，在不改变频率的情况下将家庭电压降低到合适的值。因此，单相变压器通常用于为住宅中的电子设备供电。

单相变压器的概念

单相变压器是将磁能转换为电能的装置，它由称为初级绕组和次级绕组的两个电气线圈组成。变压器的初级绕组接收功率，而次级绕组提供功率，称为“核心”的磁铁电路通常用于缠绕这些线圈。虽然这两个线圈是电气隔离的，但它们是磁性连接的。

当电流通过变压器的初级时，会产生磁场，从而在变压器的次级上感应出电压。根据应用类型，单相变压器用于升压或降压输出电压。这种变压器通常是一种高效率、低损耗的电力变压器。单相变压器图如下所示。

单相变压器工作原理

单相变压器的工作原理是法拉第电磁感应定律。通常，初级绕组和次级绕组之间的互感是电力变压器中变压器运行的原因。

众所周知，变压器是一种静态设备，可将一个电路中的电力传输到另一个相同频率的电路。当变压器的初级连接到交流电源时，电流在线圈中流动并形成磁场。这种情况称为互感，电流的流动符合法拉第电磁感应定律。随着电流从零增加到最大值，磁场增强，由dɸ/dt给出。

该电磁体形成磁力线并从线圈向外扩展，形成磁通路径，两个绕组的匝数都由该磁通量连接起来。铁芯中产生的磁场强度取决于绕组的匝数和电流量。磁通量和电流彼此成正比。

如上图所示，当磁力线围绕磁芯流动时，它会通过次级绕组，从而在其上感应出电压。法拉第定律用于确定次级线圈上感应的电压，它由下式给出：

N. dɸ / dt

其中：“N”是线圈匝数，初级绕组和次级绕组的频率相同。

因此，可以说两个绕组中感应的电压相同，因为相同的磁通量将两个线圈连接在一起。此外，感应的总电压与线圈的匝数成正比。

假设变压器的初级和次级绕组各有单匝，且没有损耗，电流流过线圈以产生磁通量并在次级两端感应出一伏的电压。

由于是交流电源，磁通量呈正弦变化，所以由下式给出：

ɸ = ɸmax Sin ωt

N匝线圈绕组中的感应电动势E之间的关系由下式给出：

E = N (d∅)/dt

E = N * ω * ɸmax cosωtφ

Emax =Nωɸmax

Erms = Nω / √2 * ɸ max = 2π / √2 * f * N * ɸ max

Erms =4.44 fNɸmax

其中，“f”是以赫兹为单位的频率，由 ω/2π 给出。“N”是线圈绕组的数量，'ɸ' 是韦伯的通量。

上述方程是变压器EMF方程。对于变压器E初级绕组的电动势，N为初级匝数 (NP)，而对于变压器次级绕组的电动势E，匝数 N 为 (NS)。

另外，对于单相变压器额定电流的计算，可以通过公式： I1N = SN / U1N I2N = SN / U2N进行计算。

U1N为正常运行时一次侧应加的电压。U2N为一次侧加额定电压、二次侧处于空载 时的电压。单位为V。相变压器中，额定电压指的是线电压。

SN为变压器额定容量，单位为VA、kVA、MVA，N为变压器的视在功率。I1N为正常运行时一次侧变压器额定电流。I2N为一次侧变压器额定电流，单位为A。

单相变压器的构造

一个简单的单相变压器，每个绕组分别圆柱形缠绕在软铁臂上，以提供必要的磁路，通常称为“变压器铁芯”。它为磁场流动提供了一条路径，以在两个绕组之间感应电压。

根据绕组围绕中央钢叠片芯的缠绕方式，变压器结构分为类型铁芯式变压器和壳型变压器。

铁芯式变压器

在这种类型的结构中，只有一半的绕组圆柱形缠绕在变压器的每条腿上，以增强磁耦合，如下图所示。这种类型的结构确保磁力线同时流过两个绕组，铁芯式变压器的主要缺点是由于一小部分磁力线在铁芯外流动而产生漏磁通。

在这种类型的变压器结构中，初级和次级绕组呈圆柱形放置在中心臂上，导致横截面积是外臂的两倍。这种结构有两条闭合磁路，外肢有磁通量ɸ/2流动。壳式变压器克服了漏磁通，降低了铁芯损耗，提高了效率。

单相变压器主要应用

单相变压器的应用范围比较广泛，下面简单列举几个方面：

• 降低长距离信号以支持住宅和轻型商业电子设备
• 在电视机中用于电压调节
• 提高家用逆变器的功率
• 为非城市地区供电
• 将两个电路电气隔离，因为初级和次级彼此远离

总结

单相是指产生或使用单一交流电压的单相系统或电路，而单相变压器是一种接受单相交流电并输出单相交流电的电气设备，主要工作原理是根据法拉第电磁感应和互感应定律。

单相变压器适用于较轻的电气设备，在电视机中用于电压调节以及提高家用逆变器的功率，而且向非城市地区供电更便宜也更加受欢迎。