變壓器原理

變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯(或磁芯)中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓(或電流)。變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。在發(fā)電機中，不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈，均能在線圈中感應電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動，這是互感應的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應，變換電壓，電流和阻抗的器件。

按冷卻方式分類：干式(自冷)變壓器、油浸(自冷)變壓器、氟化物(蒸發(fā)冷卻)變壓器。

按防潮方式分類：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。

按鐵芯或線圈結構分類：芯式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、殼式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。

按電源相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。

按用途分類：電源變壓器、調壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。

工作頻率

變壓器鐵芯損耗與頻率關系很大，故應根據(jù)使用頻率來設計和使用，這種頻率稱工作頻率。

額定功率

在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。

額定電壓

指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時不得大于規(guī)定值。

電壓比

指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負載電壓比的區(qū)別。

空載電流

變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流?？蛰d電流由磁化電流(產(chǎn)生磁通)和鐵損電流(由鐵芯損耗引起)組成。對于50Hz電源變壓器而言，空載電流基本上等于磁化電流。

空載損耗

指變壓器次級開路時，在初級測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流在初級線圈銅阻上產(chǎn)生的損耗(銅損)，這部分損耗很小。

效率

指次級功率P2與初級功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。

絕緣電阻

表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關。

頻率響應

指變壓器次級輸出電壓隨工作頻率變化的特性。

通頻帶如果變壓器在中間頻率的輸出電壓為U0，當輸出電壓(輸入電壓保持不變)下降到0.707U0時的頻率范圍，稱為Satons變壓器的通頻帶B。

初、次級阻抗比

變壓器初、次級接入適當?shù)淖杩筊i和Ro,使變壓器初、次級阻抗匹配，則Ri和Ro的比值稱為初、次級阻抗比。在阻抗匹配的情況下，變壓器工作在最佳狀態(tài)，傳輸效率最高。

對不同類型的變壓器都有相應的技術要求，可用相應的技術參數(shù)表示。如電源變壓器的主要技術參數(shù)有：額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級、溫升、電壓調整率、絕緣性能和防潮性能。對于一般低頻變壓器的主要技術參數(shù)是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等。

電壓比：

變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級，N2為次級。在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產(chǎn)生感應電動勢。當N2>N1 時，其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器;當N2變壓器稱為降壓變壓器。< p=""> 變壓器稱為降壓變壓器。<>

n=N1/N2

式中n 稱為電壓比(圈數(shù)比) 。當n>1 時，則N1>N2 ，U1>U2 ，該變壓器為降壓變壓器。反之則為升壓變壓器。

變壓器的效率：

在額定功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率，即

式中η 為變壓器的效率;P1 為輸入功率，P2 為輸出功率。

當變壓器的輸出功率P2 等于輸入功率P1 時，效率η 等于100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗。但實際上這種變壓器是沒有的。變壓器傳輸電能時總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損。銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗。當電流通過線圈電阻發(fā)熱時，一部分電能就轉變?yōu)闊崮芏鴵p耗。由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損。

變壓器的鐵損包括兩個方面。一是磁滯損耗，當交流電流通過變壓器時，通過變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化，使得硅鋼片內部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗。另一是渦流損耗，當變壓器工作時。鐵芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會產(chǎn)生感應電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且成旋渦狀，故稱為渦流。渦流的存在使鐵芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗。

變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關系，通常功率越大，損耗與輸出功率比就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。