变压器原理解说

作者:孙宇晨 来源:www.5idf.cn 2020-04-23   阅读:

变压器在人们的日常生活中太常见了,与人们生活息息相关,只要涉及交流电压的变化传输,都需要采用变压器来实现,那么什么是变压器呢?

先给大家看几张变压器的图片:


通过上面几张图片,相信大家对变压器已经不再陌生,因为很常见嘛!

接下来给大家介绍一下什么是变压器?

变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为:电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。

知道变压器定义以及作用了,接下来给大家解说一下变压器结构:

首先上一张变压器分析简化模型图:

变压器电路模型

变压器的基本结构部件是铁心和绕组,由它们组成变压器的器身。为了改善散热条件,大、中容量变压器的器身浸入盛满变压器油的封闭油箱中,各绕组与外电路的连接则经绝缘套管引出。为了使变压器安全可靠地运行,还设有储油柜、气体继电器和安全气道等附件。

(一)铁心

  铁心既作为变压器的磁路;又作为变压器的机械骨架。为了提高导磁性能、减少交变磁通在铁心中引起的损耗,变压器的铁心都采用厚度为0.35-0.5mm的电工钢片叠装而成。电工钢片的两面涂有绝缘层,起绝缘作用。大容量变压器多采用高磁导率、低损耗的冷轧电工钢片。电力变压器的铁心一般都采用心式结构,其铁心可分为铁心柱(有绕组的部分)和铁轭(联接两个铁心柱的部分)两部分。绕组套装在铁心柱上,铁轭使铁心柱之间的磁路闭合。在铁心柱与铁轭组合成整个铁心时,多采用交叠式装配,使各层的接缝不在同一地点,这样能减少励磁电流,但缺点是装配复杂,费工费时。在一般变压器中,铁心柱截面采用外接圆的阶梯形。只有当变压器容量很小时才采用方形。交流磁通在铁心中会引起涡流损耗和磁滞损耗,使铁心发热。在大容量变压器的铁心中,往往设置油道。铁心浸在变压器油中,当油从油道中流过时,可将铁心中的热量带走。

(二)绕组

  绕组是变压器的电路部分,用来传输电能,一般分为高压绕组和低压绕组。接在较高电压上的绕组称为高压绕组;接在较低电压上的绕组称为低压绕组。从能量的变换传递来说,接在电源上,从电源吸收电能的绕组称为原边绕组(又称一次绕组或初级绕组);与负载连接,给负载输送电能的绕组称副边绕组(又称二次绕组或次级绕组)。绕组一般是用绝缘的铜线绕制而成。高压绕组的匝数多、导线横截面小;低压绕组的匝数少、导线横截面大。为了保证变压器能够安全可靠的运行以及有足够的使用寿命,对绕组的电气性能、耐热性能和机械强度都有一定的要求。绕组是按照一定规律连接起来的若干个线圈的组合。根据高压绕组和低压绕组相互位置的不同,绕组结构型式可分为同心式和交叠式两种。同心式绕组是将高压绕组和低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了绝缘方便,低压绕组紧靠着铁心,高压绕组则套装在低压绕组的外面,两个绕组之间留有油道。油道一是作为绕组间的绝缘间隙;二是作为散热通道,使油从油道中流过冷却绕组。在单相变压器中,高、低压绕组均分为两部分,分别套装在两铁心柱上,这两部分可以串联或并联;在三相变压器中属于同一相的高、低压绕组全部套装在同一铁心柱上。同心式绕组的结构简单、制造方便,心式变压器一般都采用这种结构。交叠式绕组是将高压绕组和低压绕组分成若干线饼,沿着铁心柱交替排列而构成。为了便于绝缘和散热,高压绕组与低压绕组之间留有油道并且在最上层和最下层靠近铁轭处安放低压绕组。交叠式绕组的机械强度高,引线方便,壳式变压器一般采用这种结构。

知道了变压器基本结构以后,再给大家解说一下变压器原理以及相关计算公式说明:

变压器主要应用电磁感应原理来工作。具体是:当变压器一次侧施加交流电压U1,流过一次绕组的电流为I1,则该电流在铁芯中会产生交变磁通,使一次绕组和二次绕组发生电磁联系,根据电磁感应原理,交变磁通穿过这两个绕组就会感应出电动势,其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比,绕组匝数多的一侧电压高,绕组匝数少的一侧电压低,当变压器二次侧开路,即变压器空载时,一二次端电压与一二次绕组匝数成正比,即U1/U2=N1/N2,但初级与次级频率保持一致,从而实现电压的变化。

变压器的几个基本公式,这个在高中物理课本里面有详细提及,下面介绍一下:

在一般的电力变压器中,绕组电阻压降很小,可以忽略不计,因此在原边绕组中可以认为电压U1=E1。由于副边绕组开路,电流I2=0,它的端电压U2与感应电动势E2相等,即U2=E2。所以由上面的原、副边感应电动势公式得:

电压与匝数成正比

  公式中K为原边电压U1和副边电压U2之比,这个K的数值称为变压器的变压比。

  由上是表明,变压器原、副边绕组的电压比等于原、副绕组的匝数比,因此如果要原、副边绕组有不同的电压,只要改变他们的匝数即可。当N1>N2时,K>1,变压器降压;当N1<N2时,K<1,变压器升压。

  对于已经支撑的变压器而言,其K为定值,故副边电压和原边电压成正比,也就是说副边电压随着原边电压的升高而升高,降低而降低。但加载原边绕组两端的电压必须为额定值。因为,当外加电压比额定电压略有超过时,原边绕组中通过的电流将大大增加,如果把额定电压为220V的变压器错误的接到380V的线路上,则原绕组的电流将急剧增大,致使变压器烧毁。

  把变压器的副边绕组负载接通后,在副边电路中有电流I2通过,此时,称变压器负载运行。由于副边绕组中电流I2也将在铁芯中产生磁通(即自感应现象),这种磁通对于原边电流所产生的磁通而言,是起去磁作用的,即铁芯中的磁通应为原边、副边绕组中电流产生的磁通的合成。但在外加电压U1和电源频率f不变的条件下,由近似公式:

  上式中可以看出,合成磁通Φ应基本保持不变。因此,随着I2出现,原边绕组中通过的电流I1将增加,这样才能使得原绕组中的磁通以免体校副绕组的磁通,另一面维持铁芯中的合成磁通保持不变。由此可知,变压器原边电流I1的大小是由副边电流I2的大小来决定的。

  从能量观点来看,变压器原边线圈从电源吸取的功率P1应等于副边线圈的输出功率P2(忽略变压器的线圈电阻和磁通的传递损耗),即:

  P1=P2或I1U1=I2U2

  所以变压比:

匝数与变压成正比与电流成反比

  由此可见,变压器原边、副边的电流比与他们的匝数比或电压比成反比。例如一台变压器的匝数N1<N2,是升压变压器,则电流I1>I2;如果绕组匝数N1>N2为降压变压器,则电流I2>I1。也就是说,电压高的一边电流小,而电压低的一边电流大。

最后给大家归纳一下生活中常见的变压器:

生活中常见变压器及其应用

  生活中我们常常会用到变压器,电视机里,收录机里,空调里等电器里都会见到变压器。那么生活中常见的变压器有哪些,又是怎么用到的呢?看了这篇文章,我们多多少少有了一些了解。以下是对一些常用电压器的详细介绍:

  1、中频变压器

  打开收录机后盖,在线路板上就能看见几只银白色的正方体金属壳上边有个“一”字槽口,可用无感螺丝刀轻轻旋动,有红、白、绿等颜色,这就是中频变压器。晶体管收音机中采用的中频变压器有单调谐回路和双调谐回路两种。其外形和电路符号如图1所示。

  中频变压器主要在收音机作选频、级间耦合用。选频就是指在许多的信号中,选出有用的信号频率,并把有用的信号传送出去。在调幅收音机中,就是通过中频变压器来选出465kHz的有用信号。并耦合到下一级去放大。同时,抑制465kHz以外的信号,使它无法传送到下一级中去。

  2、电源变压器

  在日常生活中,各种家用电器所使用的电压不同。家用电器都是使用低压直流电源工作的需要用电源变压器把220V交流市电变换成低压交流电,再通过二极管整流,电容器滤波,形成直流电供电器工作。而且在这个转变过程中,自身的能量损耗较小,从而达到了方便、经济的目的。电视机显像管需要上万伏的电压来工作,是由“行输出变压器”供给的。

  针对电子设备的种类繁多,所需要的电压伏数和所要求输送的功率不同以及安装的位置和整机内部的空间大小小同等特点,变压器的种类和外形也相应不同。常见的电源变压器的外形如图2所示。

  从图2中可看出,电源变压器有“口”字形、“日”字形、“C”字形等几种外形。即使同样的外形,其体积大小也不尽相同。如收音机中的电源变压器与电视机或功率放大机中的变压器相比.体积小很多。

  3、开关电源变压器

  开关电源变压器是彩色电视机开关稳压电源中的重要器件,它是—种脉冲变压器。其作用是进行功率传送,为彩电整机提供所需的电源电压以及实现输入与输出的可靠电隔离。常见开关电源变压器的外形和符号如图3所示。

  4、输入、输出变压器

  输入、输出变压器的主要作用是:实现阻抗匹配;无畸变地传送信号电压和信号功率;对直流具有隔离作用。常见输入、输出变压器外形和符号如图4所示。

  输入、输出变压器的用途是:输出变压器把晶体管收音机末级功率放大器的输出功率耦合到扬声器,使功率放大管的最佳负载和扬声器的音圈阻抗匹配。录音机和电视机中,功率管和扬声器的锅耦合也离不开它。输入变压器通常是低频电路中末前级和末级之间的耦合变压器。

  5、行输出变压器

  (1)黑白电视机行输出变压器

  行输出变压器简称FBT,有时也简称行逆程变压器。黑白电视机行输出变压器主要有“分离式”和“一体化”两种。分离式现在已经很少采用。

  一体化式行输出变压器是将高低压线圈、高压整流管、塑料骨架、高压线圈及外壳等用无毒性、无腐蚀性、耐高温、高绝缘的化工材料封装在一起构成的。图5所示是一体化行输出变压器的外形结构图。

  (2)彩色电视机行输出变压器(FDT)

  彩色电视机均采用了多级一次升压式行输出变压器。这种行输出变压器的高压绕组分成多段绕制,并在各段之间分别接上高压整流二极管,其输出的直流超高压是经过多级整流,再串联在一起而产生的,因此被称为多级一次升压方式。由于这种行输出变压器的高压绕组、低压绕组和高压整流二极管均被封装在一个壳体内,所以又常被称作一体化行输出变压器。图6所示是一种实用的四级升压行输出变压器的结构和升比原理图。

分享给小伙伴们:
如果本文侵犯了您的权利, 请联系本网立即做出处理,谢谢。
当前位置:孙宇晨博客 > 科普 > 《变压器原理解说转载请注明出处。
相关文章