变压器的工作原理是什么?

华兴变压器


变压器的工作原理是什么?

●变压器是一种静止电器,它利用电磁感应原理,把一种电压等级的交流电变换为同频率的另一种电压等级的交流电能。它将两组或两组以上的电磁线圈绕组同一个线圈骨架(或铁芯)上面制成的元器件,被称之为变压器。


●通过改变变压器一次绕组与二次绕组之间的匝数之比,即可改变两个绕组的电压比或电流比,以实现电能(信号)的传输分配。变压器在工作过程中都需要依靠磁通来传递或转换能量,这个磁通称为主磁通,也叫工作磁通,用φ表示。φ由线圈绕组中的励磁电流产生。见下图所示。


●上图为铁芯线圈电路示意图,它们之间存在电磁电转换关系关系。在电路中正弦电压作用下,线圈中便有电通过匝数为N 的线圈时会产生磁通势 iN。由于铁芯的导磁率远大于空气的磁导率,所以绝大部分磁通将沿铁心而闭合,这部分沿铁心闭合的磁通称为主通(工作磁通),用示φ表示。此外还有极少部分磁通,经过空气而闭合,这部分磁通称为漏磁通,用φs表示。这两部分磁通将分别在线圈中产生感应电动势即主磁电动势e 和漏磁电动势 es。

●大型电力变压器如下图所示。


变压器在电路中的主要作用是降低或提升交变电流的电压,达到常用电气设备的输入电压需要。

●变压器的种类繁多,根据其工作频率的不同可分为高频变压器、中频变压嚣、低频变压器、电力变压器。

举例来说,常用的无线电波的高频变压器包括接收天线线圈、高频振荡线圈;而中频变压蜀则为在收音机、电视机的中放部分选用;常见的低频变压器包括使用(50HZ工频)的小型电源变压器、用于音频范围内的推动变压器、阻抗变换的输出变压器、线间变压器、隔离变压器、自耦变压器等等。下图所示为小功率单相交流电源变压器。


●变压器的主要特性参数

(1)电压比(变压器变比)

变压器的两组绕组匝数分别用N1和N2(N1为一次绕组、N2为二次绕组);在一次绕组上施加一个外加交流电压,则在二次侧绕组上会产生感应电动势。若N2>N1,则这个感应电动势比一次绕组上的电压还要高,此时变压器则构成升压变压嚣;

若N2

式中k……匝数比 U1……一次侧电压 U2……二次侧电压。

(2)效率 → 它是指在额定功率下,变压器的输出功率与输入功率之比;

即 η=P2/P1×100%式中的η……变压器的效率;Pη=P2/P1×100%式中P1……输入功率;P2……输出功率。若P2=P1,则η=100%,此时该变压器无任何损耗产舌;但实际中这种理想的变压器是不存在的,变压器传输电能时必然产生损耗。且这种损耗主要在于铜损和铁损。所谓铜损是指变压器线圈电阻所引起产生的损耗;即电流流经线圈电阻时会产生发热,使一部分电能转换为热能而白白消耗掉了,因为线圈通常是带绝缘层的铜线(漆包线)绕制而成,故这一损耗被称为铜损。

所谓铁损则包括两类;一是磁滞损耗,交流电经过变压器硅钢片(磁芯)时,其磁力线的方向与大小均会随之变化,使磁芯内部分子相互摩擦而释放热能,造成了一部电能的损耗;二是涡流损耗,交变磁场作用下的变压器的磁芯会有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上会产生感应电流,该电流自己自动形成闭合环路(即涡流状),故称为涡洗,而因此磁芯存在一定的电阻,故涡流的存在导致了磁芯发热,造成了一部分电能的损耗。

(3)频率响应;频率啊应是音频变压器的一项重要指标。由篇幅有限省略掉。

(4)额定电压;它指变压器的一次绕组上所允许施加的电压。

(5)额定功率与额定频率;额定功率指变压器在视在功率与电压下,能够长期工作且不超过规定温度时二级输出的功率;其单位为ⅤA或kⅤA。(而不是W、KW)。

变压器铁芯中的磁通密度与频率有直接关系,所以每种变压器在设计时必须确定其使用频率,这一频率被称之为额定频率。

(6)空载电流与空载损耗;若变压器的二次绕组断开而一次绕组还有一定的励磁电流:,则称这个电流值为空载电流;该参数包括磁化电流(形成磁通)和铁损电流(由铁芯损耗而引起)。通常在小型50HZ电源变压器的空载电流约等于磁化电沅,而其铁损电流可忽略不计。空载损耗指变压器二次绕组断开,在一次侧所测出的功率损耗。

(7)绝缘电阻;该参数反映了变压器各个绕组之间、各绕组与铁芯之间的绝缘性能;绝缘电阻的大小与变压器所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度等有密切关系。

以上答复希望对想了解什么是变压器的头条朋友们有一点帮助。

知足常乐2019.12.14日于上海


知足常乐0724


变压器的工作原理其实就是电磁感应

变压其实是一个“电生磁,磁生电”的过程。根据电磁感应原理,变化的电场可以产生变化的磁场,而变化的磁场又可以产生变化的电场。

应压器的应用非常广泛,电网进行远距离送电进,为了减少损耗,需要通过变压器把电压升高,再进行电力输送。在给手机充电时,我们需要把电网的电压降压并转换为直流电。

电磁感应是什么?

我们在上高中的时候就已经学过右手定则(安培定则)了,当电流流过螺线管的时候,就会产生磁场,手指的方向为电流流动的方向,那么大姆指的方向放是产生的磁场的方向了。这就是“电生磁”的一个过程了。

同样,磁也可以生电,如果我们把导体放变化的磁场中,导体就会产生感应电流。发电机就是这样发出电来的,这些实验我们上高中的时候应该都做过了。

变压器是怎么实现变压的?

变压器其实是把两组线圈绕在由硅钢片叠成的铁芯当中,输入的线圈称为初级线圈,输出的线圈称为次级线圈,两线圈线是相互独立的。

变压器只适用于交流电的变压,输入的必须是交流电,输出也只能得到交流电。当给初线圈线输入交流电时,通过初级线圈的电流是不断的交替变化的。所以变压器的铁芯变会产生变化的磁场。变化的磁场通过次级线圈,次级线圈就会感应产生变化的电流,这就是我们所说的感应电动势了。感应电动势与大小与线圈的线圈成正比,e1/e2=N1/N2,假如我们忽略线圈的内阻,那么,到的电压也将与线圈的圈数正比,u1/u2=N1/N2

所以我们在设计变压器时,需要根据输入、输出电压的参数来设计不同的线圈匝数比,如果要设计一个升压变压器,那么N2>N1;如果要设计一个降压的变压器,那么N2

在设计变压器时,除了要考虑匝数比,还要考虑所用导线的粗细,根据能守恒定律,不考虑能量损耗的情况下,变压器输入的功率和输出功率是相等的,即:P1=u1 x i1=P2= u2 x i2,所以,电压越高,电流就会越小,如果需要得到较大功率输出(输出电流),我就就需要用越大的导线来绕制变压器。

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变压器具有隔离作用(一次侧和二次侧没有电的联系),一次侧和二次侧的联系是通过磁耦合的,所以呢变压器是先把一次侧的电能转化为磁能,然后再把磁能转化为二次侧的电能。

既然变压器的能量传输是通过的磁耦合的,那么变压器要正常工作首先要就要建立磁场。因为磁场是电流产生的,所以建立磁场需要一个激磁电流(补充一点,这激磁电流就是咱们平时所说的无功功率部分,你看无功功率并不是无用的吧,这里建立磁场用)。激磁电流的大小等于变压器二次侧空载时一次侧电流的大小(激磁电流很小),这个电流越小越好。变压器负载时,二次侧电流产生的磁势是去磁磁势。要在次级线圈中产生相同的磁通变化,激励源应提供抵消去磁磁场电流,并且还要保证与空载相同的磁通变化。没有相同的磁通变化,次级电压就不存在。激磁是保证能量传输的基础。所以负载时,一次侧电流等于二次侧反射到一次侧的电流加上激磁电流之和(等效电路图如下)。理想变压器可以忽略激磁电流,一次侧和二次侧的比例关系等于砸比成反比关系。

那么一次侧和二次侧电压什么关系呢?输入变压器的电 流是不断变化的,那么磁链也是不断变化的,变压器绕组间的电压转化服从绕组各自的电感电压方程VP=-NPdΦ/dt 和VS=-NSdΦ/dt ,因为两个绕组绕在同一磁芯上,所以两者磁通量Φ相同,磁通变化率dΦ/dt也相同。那么VS=-NS×(VP/-NP) ,也就是VP/NP=Vs/Ns ,VP等于输入电压,可见调整砸比就可以实现升降压,如下图所示。

就这样电生磁,磁生电实现了能量的传递和升降压功能。


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变压器在输配电系统、电力拖动系统以及电子线路中都是能见的到,变压器的种类繁多比如有降压变压器、升压变压器、隔离变压器、中频变压器以及高频变压器、开关变压器、功放中的输出变压器等等。这些变压器虽然担任着不同的任务,但是它们的工作原理有异曲同工之处,下面和朋友们聊一聊变压器工作原理这些事。



以上所说的这么多种类的变压器其实都离不开电磁学中的电感线圈的互感原理,进行电压高低变换。只不过有的变压器根据担任的任务不同,在制作过程中其工艺上的细节会不一样,比如我们所说的开关变压器其磁芯就要采用高频磁芯。

变压器的结构

我们先讲一下工频变压器的结构,这种变压器结构比较简单,它整个部分是由线圈、铁芯(磁芯)、引脚等几部分。



变压器工作过程

我们通过从变压器的结构来讲一下原理:从图中可以看到给原边线圈通入交流电压以后,那么原边线圈上就会有交流电流通过,这时候在原边线圈中就会产生交变的磁场。这个磁场的磁力线几乎都通过铁芯,由于副边的线圈也缠绕在同一个铁芯上,那么交变的磁场通过副边铁芯时就会在副边线圈两端感应出电动势,这个副边线圈感应出的电压一般由副边的匝数和在一定时间内磁通的变化率是有关系的!由于原边通过的交流电若是一定的话,那么磁通变化率就确定了,也就是说它感应出的电动势只与副边的匝数有关了。从这个工作过程看输入的交流电其输出的也是交流电,变化前后频率没改变,只变化了输出电压的大小。

变压器的应用

由于变压器的种类多,因此它的应用也广,大体可以有这几个方面。

实现电压的变换,这种变压器叫电源变压器,其结构特点是副边接线端子比较多,我们可以通过转换开关实现不同电压的输出。比如下面所示的那样,其输出交流电压有4种。

另外还有推挽式音频放大电路中所用的音频变压器、中频放大电路中起到耦合作用的中频放大电路中、以及高频调谐电路中所用的高频变压器等。

以上就是我对这个问题的回答,欢迎朋友们对这个问题进行讨论,敬请关注电子及工控技术!


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变压器的种类很多,但其工作原理基本都一样,下面我们以收录机里的电源变压器为例,来介绍一下变压器的工作原理。




▲ 电源变压器的结构图。

收录机里用的电源变压器主要由初级线圈、次级线圈及铁芯三部分组成。铁芯一般为导磁良好的硅钢片叠压而成(这种结构可以减小涡流的影响),初级线圈及次级线圈皆缠绕在铁芯上(见上图)。

电源变压器工作时,将其初级线圈接入220V交流电源,这样初级线圈中便有变化的交流电流通过,我们知道,变化的电流周围存在着变化的磁场,而变化的磁场通过线圈又会转为变化的电流,故变压器初级线圈中电流产生的变化的磁场会通过磁阻很小的铁芯耦合至次级线圈,根据电磁感应理论,次级线圈所接的负载两端便会产生感生电压。这就是变压器的基本工作原理。




▲ 小功率电源变压器。

一般电源变压器为降压变压器,这种变压器初级线圈匝数多于次级线圈匝数,可以将输入端较高的交流电压转为较低的交流电压,改变次级线圈匝数即可获得所需的交流电压。


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再明白一点,就是电先变成磁,磁再变成电。

控制线圈的多少来改变磁的大小


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