03.03 变压器的输入端为什么不会短路?

渐霜风紧


题主提这个问题时,应该是忽略了变压器其实是在交流电下工作的,所以不会短路。至于为什么,我想系统地阐述一下,以帮助题主回顾高中的知识,并进一步加深对电路知识的理解。

首先,我们来了解一下,什么是短路。我们在学初中物理时最早接触短路的概念,电源不接任何负载,直接接一根导线连通正负极,则电源就会短路,有可能烧坏电源,并引起危险。也就是说,电路接上负载才不会短路,而初中时,负载其实就等于电阻。其实,从高中以后,电路中就很少讲电阻了,取而代之的是“阻抗”,阻抗其实就是阻止电路中电流过大的器件,有阻抗的用电器有很多,比如电热棒,充电宝,电风扇等等。短路的本质就是,电路中阻抗为零或接近零。在电路中,最基本的阻抗有三种:电阻、电容和电感。

首先说一下电阻电路,如下面两个图所示。电阻说白了就是一条很长很细导电能力很差的导线,电荷无论从哪一端经过电阻时,阻抗都是一样的。就好比你走一条平坦的路,无论是从这头走到那头,还是从那头走到这头,做的功都是一样的。因此,如果电路中,只有电阻,那么无论这个电路是在交流电还是直流电下,它都是有阻抗的,并且它的阻抗在两种电流下都是一样。

再来说一下电容电路,如下面两个图所示。最简单的电容器由两块平行金属板组成,两块金属板之间是介电层,也就是绝缘层,电荷一般是无法通过绝缘层的,因此两金属板之间是没有电流了。这时,电路如果接的是直流电源,那么整个电路就相当于断路,也就是电路的阻抗无限大。

可是,为什么电路如果接的交流电,就相当于短路,也就是阻抗无穷小呢?是不是接上交流电,电容就导通了呢,两块金属板之间就有电荷流动了呢?注意,电荷是不能在绝缘体流动的,就算接上交流电,两块金属板间也是没有电荷移动的,就是没有电流。那为什么说电容接交流电相当短路呢?这是因为,电容有一个充放电的功能,当接通电源时,正负电荷会迅速在电容器的两块金属板间聚集,假如这时候,左边的金属板聚集的是正电荷,右边的金属板聚集的是负电荷,因为是交流电,当电压反向时,左右两边的正负电荷就要互换位置,这时电荷就会在电路中流动,形成电流,当交流电频越高时,左右金属板的电荷互换位置的频率也就越高,电流也就越大,电容表现出来的阻抗也就越小,当交流电的频率达到一定程度,电容几乎无阻抗,电路也就短路了。

最后说一下电感电路,如下面两个图所示。当电感电路接直流电源时,由于电路中没有电流的变化,所以电感处也没有磁场的变化,电感只是相当于一要导线,因此,电路阻抗为0,电路短路。

如果电感电路接入的是交流电源,所以通过电路的电流不断地在变化,也就是通过电感的电流不变地在变化,由于电流产生磁场,与就是通过电感的磁场在不断地变化。由楞次定律,电感本身会产生一个阻碍磁场变化的感生磁场,阻碍磁场的变化,也就是阻碍电路电流的变化,导致电路的电流不会变得太大。也就是说,电感在交变的电场下,产生一个较大的阻抗,阻碍电路的电流变化,所以接交流电的电感电路是有阻抗的,它不会短路,这也是变压器的输入端不会短路的原因。

总结一下,简单电路中只有下图三种电路会短路。

变压器的工作原理图如下,题主可以按上面的方法分析一下,变压器的输入端会不会短路。



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提问者问,变压器工作时,初级线圈和次级线圈皆有电流流过,次级线圈是因为接有负载而不会短路,那么初级线圈没有接负载,直接接入交流电,为何不会发生短路呢?下面我们就来解释一下电源变压器的初级线圈直接接入交流电源不会发生短路的原因。

电源变压器的构造如上图所示,其初级线圈和次级线圈一般都缠绕在导磁良好的硅钢片或铁氧体磁芯上,这样变压器的初级线圈可以视为下图所示的电感。


我们知道,电感线圈的阻抗是由线圈的直流电阻R和感抗XL两部分组成的。我们用欧姆表测量一个变压器的初级线圈的直流电阻R可能只有几十欧,但是这个初级线圈的感抗可能达数亨,若将其接入交流电源中,由于初级线圈的感抗XL较大,此时流过变压器初级线圈的电流并不大,故不会发生短路。下面我们介绍一下变压器初级线圈感抗XL的计算方法。这里假定上图所示的电源变压器的初级线圈的电感量为6H,交流电频率为50Hz,根据感抗的计算公式XL=2πfL,可以计算出该电源变压器初级线圈的感抗XL=2π·50Hz·6H=1884Ω。若将其接入220V/50Hz的交流电源中,此时若不考虑变压器次级线圈的影响,则流过该变压器初级线圈的电流为220V/1884Ω=0.1167A。

由此可见,电源变压器的初级线圈的直流电阻虽然较小,但由于初级线圈的感抗较大,故变压器初级线圈接入交流电源中不会发生短路。


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很高兴回答你这个问题,正好是我的专业,我详细的来介绍一下。

现在我们所用的变压器,大部分都是电磁感应原理,拿两圈、三相变压器来举例子,它的输入端输出端的接法有星星接法,星角接法,角星接法。

我们用的市电、民用电,一般的都是从10kV变到400V,它用的就是角星接法,一个315kVA的干式变,它的高压端内阻约为3欧姆左右,低压端内阻约为2豪欧左右。所以变压器输出端相间也是联通的,你所说的输出端有负载,才不会导致短路,这么理解也是错误的。

那原因到底是什么呢?因为变压器是能量传递设备,交流电接到变压器的初级线圈上之后,线圈中流过大小、方向不断变化的交变电流,铁心中产生大小、方向不断变化的交变磁通,这个线圈就会产生感应电压,这个感应电压和线圈所加的交流电压大小几乎相等、方向相反,几乎完全抵消,流过线圈的电流非常小,一般为毫安级别,这个微小的电流只是用来维持铁芯中的磁通。\r

因此,无需担心会导致短路。这个时候,欧姆定律不再适用,适用的是法拉第电磁感应定律。





电气一线工作者八千里


在交流电路中有三种负载,分别是由线圈绕组形成的称为电感性负载,另一种是由容形成的容性负载,还有一种是电阻性负载,变压器的初级线圈就是一种电感性负载,变压器通入交流电时初级绕组中产生交变磁场,次级绕组中受交变磁场的切割而产生电压,变压器就是一个由电变磁场,再由磁场变电的过程


门泊东吴万里船


一般变压器是通交流电的

线圈通交流电产生变化的磁场,磁场的变化在线圈中产生反电动势,反电动势抵消了输入的电压,所以不会短路。

如果是直流电,在磁场没有饱和之前有反电动势存在也不是短路。磁场饱和之后反电动势消失,电流就会变得很大烧毁线圈。

开关电源就是直流电源工作的,在饱和之前切换方向。


投条啄木鸟


这都是初中物理应当讲过的吧,电能的转换而消耗了大量电能,火与地之间相当于连接一个阻值很的电阻。因为线圈中的电能转换了磁能和线圈的长度也有些阻值,只是微不足到的。最后回路电压减少一定的数值,所以不会短路。可能我说的不对,请懂行的老师们指正。

谢谢!


青竹长青君者


当绝缘被破坏或运行过载就有可能出现问题,一个完整的系统的变压器电路一次输入和二次输出都是有继电保护装置的,实际上事故很少发生,但是也不是绝对的。


退伍一炮兵


变压器的输入端是三角形连接,三个线组首尾端互相连接形成通路,所以,不会短路。


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