變壓器的工作原理是什么
變壓器是一種靜止電器,它利用電磁感應原理,把一種電壓等級的交流電變換為同頻率的另一種電壓等級的交流電能。它將兩組或兩組以上的電磁線圈繞組同一個線圈骨架(或鐵芯)上面制成的元器件,被稱之為變壓器。
通過改變變壓器一次繞組與二次繞組之間的匝數之比,即可改變兩個繞組的電壓比或電流比,以實現電能(信號)的傳輸分配。變壓器在工作過程中都需要依靠磁通來傳遞或轉換能量,這個磁通稱為主磁通,也叫工作磁通,用φ表示。φ由線圈繞組中的勵磁電流產生。
上圖為鐵芯線圈電路示意圖,它們之間存在電磁電轉換關系關系。在電路中正弦電壓作用下,線圈中便有電通過匝數為N 的線圈時會產生磁通勢 iN。由于鐵芯的導磁率遠大于空氣的磁導率,所以絕大部分磁通將沿鐵心而閉合,這部分沿鐵心閉合的磁通稱為主通(工作磁通),用示φ表示。此外還有極少部分磁通,經過空氣而閉合,這部分磁通稱為漏磁通,用φs表示。這兩部分磁通將分別在線圈中產生感應電動勢即主磁電動勢e 和漏磁電動勢 es。
變壓器在電路中的主要作用是降低或提升交變電流的電壓,達到常用電氣設備的輸入電壓需要。
變壓器的種類繁多,根據其工作頻率的不同可分為高頻變壓器、中頻變壓囂、低頻變壓器、電力變壓器。
舉例來說,常用的無線電波的高頻變壓器包括接收天線線圈、高頻振蕩線圈;而中頻變壓蜀則為在收音機、電視機的中放部分選用;常見的低頻變壓器包括使用(50HZ工頻)的小型電源變壓器、用于音頻范圍內的推動變壓器、阻抗變換的輸出變壓器、線間變壓器、隔離變壓器、自耦變壓器等等。下圖所示為小功率單相交流電源變壓器。
變壓器的主要特性參數
(1)電壓比(變壓器變比)
變壓器的兩組繞組匝數分別用N1和N2(N1為一次繞組、N2為二次繞組);在一次繞組上施加一個外加交流電壓,則在二次側繞組上會產生感應電動勢。若N2>N1,則這個感應電動勢比一次繞組上的電壓還要高,此時變壓器則構成升壓變壓囂;
若N2<N1,此變壓器則為降壓變壓器。一、二次繞組的電壓與線圈匝數的關系為U2/U1=N2/N1=K
式中k……匝數比 U1……一次側電壓 U2……二次側電壓。
(2)效率 → 它是指在額定功率下,變壓器的輸出功率與輸入功率之比;
即 η=P2/P1×100%式中的η……變壓器的效率;Pη=P2/P1×100%式中P1……輸入功率;P2……輸出功率。若P2=P1,則η=100%,此時該變壓器無任何損耗產舌;但實際中這種理想的變壓器是不存在的,變壓器傳輸電能時必然產生損耗。且這種損耗主要在于銅損和鐵損。所謂銅損是指變壓器線圈電阻所引起產生的損耗;即電流流經線圈電阻時會產生發熱,使一部分電能轉換為熱能而白白消耗掉了,因為線圈通常是帶絕緣層的銅線(漆包線)繞制而成,故這一損耗被稱為銅損。
所謂鐵損則包括兩類;一是磁滯損耗,交流電經過變壓器硅鋼片(磁芯)時,其磁力線的方向與大小均會隨之變化,使磁芯內部分子相互摩擦而釋放熱能,造成了一部電能的損耗;二是渦流損耗,交變磁場作用下的變壓器的磁芯會有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上會產生感應電流,該電流自己自動形成閉合環路(即渦流狀),故稱為渦洗,而因此磁芯存在一定的電阻,故渦流的存在導致了磁芯發熱,造成了一部分電能的損耗。
(3)頻率響應;頻率啊應是音頻變壓器的一項重要指標。由篇幅有限省略掉。
(4)額定電壓;它指變壓器的一次繞組上所允許施加的電壓。
(5)額定功率與額定頻率;額定功率指變壓器在視在功率與電壓下,能夠長期工作且不超過規定溫度時二級輸出的功率;其單位為ⅤA或kⅤA。(而不是W、KW)。
變壓器鐵芯中的磁通密度與頻率有直接關系,所以每種變壓器在設計時必須確定其使用頻率,這一頻率被稱之為額定頻率。
(6)空載電流與空載損耗;若變壓器的二次繞組斷開而一次繞組還有一定的勵磁電流:,則稱這個電流值為空載電流;該參數包括磁化電流(形成磁通)和鐵損電流(由鐵芯損耗而引起)。通常在小型50HZ電源變壓器的空載電流約等于磁化電沅,而其鐵損電流可忽略不計??蛰d損耗指變壓器二次繞組斷開,在一次側所測出的功率損耗。
(7)絕緣電阻;該參數反映了變壓器各個繞組之間、各繞組與鐵芯之間的絕緣性能;絕緣電阻的大小與變壓器所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度等有密切關系。