變壓器是由兩個(gè)或多個(gè)線圈組成的電氣設(shè)備，用于通過(guò)變化的磁場(chǎng)傳遞電能

我們使用交流交流電壓和電流的主要原因之一在我們的家庭和工作場(chǎng)所，交流電源可以很方便地在一個(gè)方便的電壓下產(chǎn)生，轉(zhuǎn)換（因此名稱變壓器）到更高的電壓，然后使用國(guó)家電網(wǎng)塔和電纜在很長(zhǎng)的距離內(nèi)分布在全國(guó)各地。

將電壓轉(zhuǎn)換為更高水平的原因是，較高的分配電壓意味著相同功率的電流較低，因此沿著網(wǎng)絡(luò)電纜網(wǎng)格的I 2 * R損耗較低。這些更高的交流輸電電壓和電流可以降低到更低，更安全和可用的電壓水平，可以用來(lái)為家庭和工作場(chǎng)所的電氣設(shè)備供電，所有這一切都可以歸功于基本的電壓互感器。

典型的電壓互感器

電壓互感器可以是被認(rèn)為是電子元件而不是電子元件。變壓器基本上是非常簡(jiǎn)單的靜態(tài)（或靜止）電磁無(wú)源電氣設(shè)備，它通過(guò)將電能從一個(gè)值轉(zhuǎn)換為另一個(gè)值來(lái)實(shí)現(xiàn)法拉第感應(yīng)定律的原理。

變壓器通過(guò)鏈接實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)將兩個(gè)或多個(gè)電路一起使用由變壓器本身產(chǎn)生的公共振蕩磁路。變壓器以互感的形式運(yùn)行在“電磁感應(yīng)”的原理上。

互感是一個(gè)線圈將一個(gè)電磁磁感應(yīng)到位于其附近的另一個(gè)線圈的過(guò)程。 。然后我們可以說(shuō)變壓器在“磁疇”中工作，而變壓器的名字來(lái)自于它們將一個(gè)電壓或電流水平“轉(zhuǎn)換”成另一個(gè)電壓或電流水平。

變壓器能夠增加或減少電源的電壓和電流水平，不改變其頻率，或通過(guò)磁路從一個(gè)繞組傳遞到另一個(gè)繞組的電功率。

單相電壓互感器基本上由兩個(gè)電氣線圈組成電線，一個(gè)稱為“初級(jí)繞組”，另一個(gè)稱為“次級(jí)繞組”。對(duì)于本教程，我們將變壓器的“主”側(cè)定義為通常需要電源的一側(cè)，將“次級(jí)”側(cè)定義為通常提供電源的一側(cè)。在單相電壓互感器中，初級(jí)通常是具有較高電壓的一側(cè)。

這兩個(gè)線圈彼此不電接觸，而是圍繞稱為“核心”的共同閉合磁鐵電路纏繞在一起。這種軟鐵芯不是堅(jiān)固的，而是由連接在一起的單個(gè)疊片組成，有助于減少磁芯的損耗。

兩個(gè)線圈繞組彼此電隔離，但通過(guò)公共磁芯磁性連接，允許電源從一個(gè)線圈轉(zhuǎn)移到另一個(gè)線圈。當(dāng)電流通過(guò)初級(jí)繞組時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，如圖所示，它會(huì)向次級(jí)繞組產(chǎn)生電壓。

單相電壓互感器

換句話說(shuō)，對(duì)于變壓器，兩個(gè)線圈繞組之間沒(méi)有直接的電氣連接，因此它的名稱也是隔離變壓器。通常，變壓器的初級(jí)繞組連接到輸入電壓源并將電能轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)。雖然次級(jí)繞組的工作是將這個(gè)交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換成電能，產(chǎn)生所需的輸出電壓，如圖所示。

變壓器結(jié)構(gòu)（單相）

其中：

V P - 是主電壓

V S - 是次級(jí)電壓

N P - 是初次繞組的數(shù)量

N S - 是次級(jí)繞組的數(shù)量

Φ（phi）-is Flux Linkage

請(qǐng)注意，兩個(gè)線圈繞組沒(méi)有電氣連接，只是磁性連接。單相變壓器可以操作以增加或減小施加到初級(jí)繞組的電壓。當(dāng)變壓器用于“增加”次級(jí)繞組相對(duì)于初級(jí)繞組的電壓時(shí)，它被稱為升壓變壓器。當(dāng)它用于“降低”次級(jí)繞組相對(duì)于初級(jí)繞組的電壓時(shí)，它被稱為降壓變壓器。

然而，存在第三種情況，其中變壓器在其次級(jí)上產(chǎn)生的電壓與施加在初級(jí)繞組上的電壓相同。換句話說(shuō)，其輸出在電壓，電流和功率傳輸方面是相同的。這種類型的變壓器稱為“阻抗變壓器”，主要用于阻抗匹配或相鄰電路的隔離。

初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的電壓差是通過(guò)改變初級(jí)繞組中的線圈匝數(shù)（ N P ）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。線圈接通次級(jí)繞組（ N S ）。

由于變壓器基本上是一個(gè)線性器件，匝數(shù)之間現(xiàn)在存在一個(gè)比例初級(jí)線圈的數(shù)量除以次級(jí)線圈的匝數(shù)。這個(gè)比率，稱為變換比率，通常稱為變壓器“匝數(shù)比”，（ TR ）。該匝數(shù)比值決定了變壓器的工作情況以及次級(jí)繞組上可用的相應(yīng)電壓。

有必要知道初級(jí)繞組上的導(dǎo)線匝數(shù)與次級(jí)繞組的比率。匝數(shù)比沒(méi)有單位，按順序比較兩個(gè)繞組，并用冒號(hào)寫入，例如 3：1 （3對(duì)1）。這意味著在這個(gè)例子中，如果初級(jí)繞組上有3伏電壓，次級(jí)繞組上將有1伏特，3伏特到1伏特。然后我們可以看到，如果匝數(shù)之間的比率發(fā)生變化，產(chǎn)生的電壓也必須以相同的比率變化，這是正確的。

變壓器都是關(guān)于“比率”的。初級(jí)與次級(jí)的比率，輸入與輸出的比率以及任何給定變壓器的匝數(shù)比將與其電壓比相同。換句話說(shuō)，對(duì)于變壓器：“匝數(shù)比=電壓比”。任何繞組上的實(shí)際匝數(shù)通常都不重要，只有匝數(shù)比，這種關(guān)系如下：

A變壓器匝數(shù)比

假設(shè)一個(gè)理想的變壓器和相角：Φ P ≡Φ S

請(qǐng)注意，表達(dá)變壓器匝數(shù)比值時(shí)的數(shù)字順序非常重要，因?yàn)樵褦?shù)比 3：1 表示一個(gè)非常不同的變壓器關(guān)系和輸出電壓其中匝數(shù)比為： 1：3 。

變壓器基礎(chǔ)示例No1

變壓器在其初級(jí)線圈上有1500匝導(dǎo)線和次級(jí)線圈的500匝電線。什么是變壓器的匝數(shù)比（TR）。

3的比率： 1 （3比1）簡(jiǎn)單地表示每個(gè)次級(jí)繞組有三個(gè)初級(jí)繞組。隨著比率從左側(cè)的較大數(shù)字移動(dòng)到右側(cè)的較小數(shù)字，因此初級(jí)電壓的值逐步降低，如圖所示。

變壓器基礎(chǔ)知識(shí)示例No2

如果將240伏有效值施加到上述同一變壓器的初級(jí)繞組上，則會(huì)產(chǎn)生二次空載電壓。

再次確認(rèn)變壓器是“降壓”變壓器，因?yàn)槌跫?jí)電壓為240伏，相應(yīng)的次級(jí)電壓低于80伏。

然后變壓器的主要目的是以預(yù)設(shè)的比率轉(zhuǎn)換電壓，我們可以看到初級(jí)繞組上有一定數(shù)量或數(shù)量的繞組（線圈），以適應(yīng)輸入電壓。如果次級(jí)輸出電壓與初級(jí)繞組上的輸入電壓值相同，則必須將相同數(shù)量的線圈匝數(shù)纏繞到次級(jí)磁芯上，因?yàn)槌跫?jí)磁芯上的匝數(shù)比為 1：1 （1對(duì)1）。換句話說(shuō)，一個(gè)線圈在次級(jí)線圈上接通，一個(gè)線圈在初級(jí)線圈上轉(zhuǎn)動(dòng)。

如果輸出二次電壓要大于或高于輸入電壓，（升壓變壓器）則必須在次級(jí)上更多匝數(shù)給出匝數(shù)比 1：N （1到N），其中 N 表示匝數(shù)比數(shù)。同樣，如果要求次級(jí)電壓低于或低于初級(jí)（降壓變壓器），則次級(jí)繞組的數(shù)量必須小于匝數(shù)比 N：1 （N-to-1）。

變壓器動(dòng)作

我們已經(jīng)看到，與初級(jí)繞組相比，次級(jí)繞組上的線圈匝數(shù)，匝數(shù)比，影響量可從次級(jí)線圈獲得的電壓。但是，如果兩個(gè)繞組彼此電隔離，那么這個(gè)二次電壓是如何產(chǎn)生的？

我們之前已經(jīng)說(shuō)過(guò)，變壓器基本上由纏繞在共同軟鐵芯上的兩個(gè)線圈組成。當(dāng)交流電壓（ V P ）施加到初級(jí)線圈時(shí)，電流流過(guò)線圈，線圈又在其周圍建立磁場(chǎng)，稱為 mutual電感，根據(jù)電磁感應(yīng)的法拉第定律通過(guò)該電流流動(dòng)。當(dāng)電流從零上升到最大值時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增大，其最大值為dΦ/ dt 。

當(dāng)這個(gè)電磁鐵設(shè)置的磁力線從線圈向外擴(kuò)展時(shí)，軟鐵芯形成一條路徑并集中磁通量。在交流電源的影響下，這種磁通量會(huì)使兩個(gè)繞組的匝數(shù)在相反的方向上增大和減小。

然而，感應(yīng)到軟鐵芯的磁場(chǎng)強(qiáng)度取決于量電流和繞組的匝數(shù)。當(dāng)電流減小時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度降低。

當(dāng)磁通線繞磁芯流動(dòng)時(shí)，它們通過(guò)次級(jí)繞組的匝，導(dǎo)致電壓感應(yīng)到次級(jí)線圈。感應(yīng)電壓的大小將由下式確定： N *dΦ/ dt （法拉第定律），其中 N 是線圈匝數(shù)。此感應(yīng)電壓與初級(jí)繞組電壓具有相同的頻率。

然后我們可以看到在兩個(gè)繞組的每個(gè)線圈匝中感應(yīng)出相同的電壓，因?yàn)橄嗤拇磐窟B接兩個(gè)繞組的匝數(shù)。一起。結(jié)果，每個(gè)繞組中的總感應(yīng)電壓與該繞組中的匝數(shù)成正比。但是，如果磁芯的磁損耗很高，則次級(jí)繞組上可用的輸出電壓的峰值幅度將會(huì)降低。

如果我們希望初級(jí)線圈產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)來(lái)克服磁芯磁損耗，我們可以通過(guò)線圈發(fā)送更大的電流，或保持相同的電流流動(dòng)，而是增加繞組的線圈匝數(shù)（ N P ） 。安培時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)的乘積稱為“安培轉(zhuǎn)數(shù)”，它決定了線圈的磁化力。

假設(shè)我們有一個(gè)主變壓器只有一個(gè)轉(zhuǎn)彎，只有一個(gè)轉(zhuǎn)彎次要的。如果在初級(jí)線圈的一圈上施加一伏特，假設(shè)沒(méi)有損耗，則必須流過(guò)足夠的電流并產(chǎn)生足夠的磁通量以在次級(jí)線圈的單圈中產(chǎn)生一伏特。也就是說(shuō)，每個(gè)繞組每圈支持相同的伏特?cái)?shù)。

當(dāng)磁通量正弦變化時(shí)，Φ=Φ max sinωt，則 N 圈的線圈繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（ E ）之間的基本關(guān)系由下式給出：

emf =轉(zhuǎn)動(dòng)x變化率

其中：

? - 是通量頻率在赫茲， =ω/2π

N - 是線圈繞組的數(shù)量。

Φ - 是網(wǎng)絡(luò)中的通量

這被稱為變壓器EMF方程。對(duì)于初級(jí)繞組電動(dòng)勢(shì)， N 將是初級(jí)匝數(shù)（ N P ），對(duì)于次級(jí)繞組電動(dòng)勢(shì)， N 將是次級(jí)匝數(shù)，（ N S ）。

另請(qǐng)注意，變壓器需要交流磁通量因此，變壓器不能用于轉(zhuǎn)換或提供直流電壓或電流，因?yàn)楸仨毟淖兇艌?chǎng)以在次級(jí)繞組中感應(yīng)出電壓。換句話說(shuō)，變壓器不能在穩(wěn)態(tài)直流電壓下運(yùn)行，只能在交流或脈動(dòng)電壓下工作。

如果變壓器初級(jí)繞組連接到直流電源，則感應(yīng)電抗為由于DC沒(méi)有頻率，繞組將為零，因此繞組的有效阻抗將非常低并且僅等于所用銅的電阻。因此，繞組將從直流電源吸收非常高的電流，導(dǎo)致其過(guò)熱并最終燒壞，因?yàn)槲覀冎?I = V / R 。

變壓器基礎(chǔ)知識(shí)示例No3

單相變壓器在初級(jí)繞組上有480匝，在次級(jí)繞組上有90匝。當(dāng)2200伏特，50Hz施加到變壓器初級(jí)繞組時(shí)，磁通密度的最大值為1.1T。計(jì)算：

a）中。核心中的最大通量。

b）。核心的橫截面積。

C）。二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

變壓器中的電力

另一個(gè)變壓器基礎(chǔ)參數(shù)是其額定功率。通過(guò)簡(jiǎn)單地將電流乘以電壓來(lái)獲得變壓器的額定功率，以獲得<伏>安培（ VA ）的額定值。小型單相變壓器的額定電壓僅為伏安，但更大的電力變壓器的額定電壓為千伏安，（ kVA ），其中1千伏 - 安培等于1,000伏安，單位兆伏安（ MVA ），其中1兆伏安等于1百萬(wàn)伏安。 / p>

在理想的變壓器中（忽略任何損耗），次級(jí)繞組中的可用功率將與初級(jí)繞組中的功率相同，它們是恒定功率器件，并且不會(huì)僅將電壓改變?yōu)槟壳暗谋壤Ｒ虼耍诶硐胱儔浩髦校β时鹊扔?（單位），因?yàn)殡妷?V 乘以電流， I 將保持不變這就是初級(jí)電壓上一個(gè)電壓/電流水平的電能被“轉(zhuǎn)換”成電能，在相同的頻率下，再次轉(zhuǎn)換為次級(jí)側(cè)的相同電壓/電流水平。雖然變壓器可以升壓（或降壓）電壓，但它不能升壓電源。因此，當(dāng)變壓器升壓電壓時(shí)，它逐步降低電流，反之亦然，因此輸出功率始終與輸入功率相同。然后我們可以說(shuō)主功率等于次級(jí)功率，（ P P = P S ）。

變壓器

其中：Φ P 是初級(jí)相角和Φ S 是次級(jí)相角。

注意，由于功率損耗與傳輸電流的平方成正比，是： I 2 R ，增加電壓，假設(shè)加倍（×2）電壓會(huì)使電流減少相同的量，（÷2）同時(shí)提供相同的電壓負(fù)載的功率，因此減少了4倍的損耗。如果電壓增加了10倍，電流將減少相同的因數(shù)，將總損耗減少100倍。

變壓器基礎(chǔ)知識(shí) - 效率

變壓器不需要任何移動(dòng)部件來(lái)傳輸能量。這意味著沒(méi)有與其他電機(jī)相關(guān)的摩擦或風(fēng)阻損失。然而，變壓器確實(shí)遭受其他類型的損失，稱為“銅損”和“鐵損”，但通常這些損失非常小。

銅損，也稱為 I 2 R 損耗是由于在變壓器銅繞組周圍循環(huán)電流而在熱量中損失的電功率，因此得名。銅損是變壓器運(yùn)行中的最大損失。通過(guò)對(duì)安培進(jìn)行平方并乘以繞組的歐姆電阻（ I 2 R ），可以確定（每個(gè)繞組中）功率損失的實(shí)際功率。

鐵損，也稱為滯后，是磁芯內(nèi)磁性分子的滯后，響應(yīng)于交變磁通量。這種滯后（或異相）狀態(tài)是由于它需要?jiǎng)恿?lái)反轉(zhuǎn)磁性分子;它們不會(huì)反轉(zhuǎn)，直到助焊劑達(dá)到足夠的力來(lái)扭轉(zhuǎn)它們。

它們的反轉(zhuǎn)導(dǎo)致摩擦，并且摩擦在核心產(chǎn)生熱量，這是一種動(dòng)力損失的形式。通過(guò)使用特殊鋼合金制造鐵芯，可以降低變壓器內(nèi)的磁滯。

變壓器的功率損耗強(qiáng)度決定了其效率。變壓器的效率反映在初級(jí)（輸入）和次級(jí)（輸出）繞組之間的功率（瓦特）損耗中。然后，變壓器的效率等于次級(jí)繞組的功率輸出 P S 與初級(jí)繞組的功率輸入之比 P P 因此很高。

理想的變壓器100％高效，因?yàn)樗梢蕴峁┧心芰俊Ａ硪环矫妫嬲淖儔浩鞑皇?00％有效，在滿載時(shí)，變壓器的效率在94％到96％之間，這是安靜的。對(duì)于具有恒定電壓和頻率以及非常高容量的變壓器，效率可高達(dá)98％。變壓器的效率η如下：

變壓器效率

：輸入，輸出和損耗均以功率單位表示。

通常在處理變壓器時(shí)，主要功率稱為“伏安”，VA以區(qū)分它們與次級(jí)功率。然后上面的效率方程可以修改為：

有時(shí)更容易記住變壓器之間的關(guān)系使用圖片輸入，輸出和效率。這里三個(gè) VA ， W 和η的量已疊加到一個(gè)三角形中，頂部有瓦特功率，電壓和效率在底部。此排列表示效率公式中每個(gè)數(shù)量的實(shí)際位置。

變壓器效率三角形

并轉(zhuǎn)置上述三角形數(shù)量給出了以下相同方程式的組合：

然后，找到 Watts （輸出）= VA x eff。，或找到 VA （輸入）= W / eff。，或者找到效率， eff。 = W / VA 等

Transformer Basics Summary

然后總結(jié)一下這個(gè)變形基礎(chǔ)教程。 A變壓器使用磁場(chǎng)將其輸入繞組上的電壓電平（或電流電平）更改為其輸出繞組上的另一個(gè)值。變壓器由兩個(gè)電氣隔離線圈組成，以法拉第的“互感”原理工作，其中在變壓器次級(jí)線圈中通過(guò)初級(jí)線圈繞組中流動(dòng)的電壓和電流產(chǎn)生的磁通量感應(yīng)出EMF。

初級(jí)和次級(jí)線圈繞組都纏繞在由單個(gè)疊片制成的普通軟鐵芯上，以減少渦流和功率損耗。變壓器的初級(jí)繞組連接到AC電源，其本質(zhì)上必須是正弦的，而次級(jí)繞組向負(fù)載提供電力。話雖如此，如果觀察到電壓和電流額定值，變壓器可以反向使用連接到次級(jí)繞組的電源。

我們可以用框圖形式表示變壓器如下：

變壓器的基本表示

變壓器初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的比率彼此產(chǎn)生升壓變壓器或降壓變壓器，初級(jí)匝數(shù)與次級(jí)匝數(shù)之比稱為“匝數(shù)比”或“變壓器比”。

如果此比率小于1， n <1 則 N S 大于 N P 并且變壓器被歸類為升壓變壓器。如果此比率大于1， n> 1 ，則 N P 大于 N S ，變壓器被歸類為降壓變壓器。注意，單相降壓變壓器也可以簡(jiǎn)單地通過(guò)反轉(zhuǎn)其連接并使低壓繞組成為初級(jí)變壓器而用作升壓變壓器，反之亦然，只要變壓器在其原始VA設(shè)計(jì)額定值內(nèi)運(yùn)行即可。 / p>

如果匝數(shù)比等于1， n = 1 則初級(jí)和次級(jí)繞組的數(shù)量相同，因此兩個(gè)繞組的電壓和電流相同。

這種類型的變壓器被歸類為隔離變壓器，因?yàn)樽儔浩鞯某跫?jí)和次級(jí)繞組每圈具有相同的伏特?cái)?shù)。變壓器的效率是它輸送到負(fù)載的功率與它從電源吸收的功率之比。在理想的變壓器中沒(méi)有損耗，所以沒(méi)有功率損失，然后 P IN = P OUT 。

在接下來(lái)的教程Transformer Basics，我們將看一下物理變壓器構(gòu)造，并看看用于支持初級(jí)和次級(jí)繞組的不同磁芯類型和疊片。