變壓器是由兩個或多個線圈組成的電氣設備，用于通過變化的磁場傳遞電能

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所，交流電源可以很方便地在一個方便的電壓下產(chǎn)生，轉(zhuǎn)換（因此名稱變壓器）到更高的電壓，然后使用國家電網(wǎng)塔和電纜在很長的距離內(nèi)分布在全國各地。

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，可以用來為家庭和工作場所的電氣設備供電，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為是電子元件而不是電子元件。變壓器基本上是非常簡單的靜態(tài)（或靜止）電磁無源電氣設備，它通過將電能從一個值轉(zhuǎn)換為另一個值來實現(xiàn)法拉第感應定律的原理。

變壓器通過鏈接實現(xiàn)這一點將兩個或多個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行在“電磁感應”的原理上。

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

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，或通過磁路從一個繞組傳遞到另一個繞組的電功率。

單相電壓互感器基本上由兩個電氣線圈組成電線，一個稱為“初級繞組”，另一個稱為“次級繞組”。對于本教程，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”側(cè)定義為通常提供電源的一側(cè)。在單相電壓互感器中，初級通常是具有較高電壓的一側(cè)。

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

兩個線圈繞組彼此電隔離，但通過公共磁芯磁性連接，允許電源從一個線圈轉(zhuǎn)移到另一個線圈。當電流通過初級繞組時，會產(chǎn)生一個磁場，如圖所示，它會向次級繞組產(chǎn)生電壓。

單相電壓互感器

換句話說，對于變壓器，兩個線圈繞組之間沒有直接的電氣連接，因此它的名稱也是隔離變壓器。通常，變壓器的初級繞組連接到輸入電壓源并將電能轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換成磁場。雖然次級繞組的工作是將這個交變磁場轉(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 - 是次級電壓

N P - 是初次繞組的數(shù)量

N S - 是次級繞組的數(shù)量

Φ（phi）-is Flux Linkage

請注意，兩個線圈繞組沒有電氣連接，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繞組的電壓。當變壓器用于“增加”次級繞組相對于初級繞組的電壓時，它被稱為升壓變壓器。當它用于“降低”次級繞組相對于初級繞組的電壓時，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上產(chǎn)生的電壓與施加在初級繞組上的電壓相同。換句話說，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。

初級繞組和次級繞組之間的電壓差是通過改變初級繞組中的線圈匝數(shù)（ N P ）來實現(xiàn)的。線圈接通次級繞組（ N S ）。

由于變壓器基本上是一個線性器件，匝數(shù)之間現(xiàn)在存在一個比例初級線圈的數(shù)量除以次級線圈的匝數(shù)。這個比率，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繞組上可用的相應電壓。

有必要知道初級繞組上的導線匝數(shù)與次級繞組的比率。匝數(shù)比沒有單位，按順序比較兩個繞組，并用冒號寫入，例如 3：1 （3對1）。這意味著在這個例子中，如果初級繞組上有3伏電壓，次級繞組上將有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。初級與次級的比率，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，對于變壓器：“匝數(shù)比=電壓比”。任何繞組上的實際匝數(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

假設一個理想的變壓器和相角：Φ P ≡Φ S

請注意，表達變壓器匝數(shù)比值時的數(shù)字順序非常重要，因為匝數(shù)比 3：1 表示一個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

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

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

變壓器基礎(chǔ)知識示例No2

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

再次確認變壓器是“降壓”變壓器，因為初級電壓為240伏，相應的次級電壓低于80伏。

然后變壓器的主要目的是以預設的比率轉(zhuǎn)換電壓，我們可以看到初級繞組上有一定數(shù)量或數(shù)量的繞組（線圈），以適應輸入電壓。如果次級輸出電壓與初級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)纏繞到次級磁芯上，因為初級磁芯上的匝數(shù)比為 1：1 （1對1）。換句話說，一個線圈在次級線圈上接通，一個線圈在初級線圈上轉(zhuǎn)動。

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，如果要求次級電壓低于或低于初級（降壓變壓器），則次級繞組的數(shù)量必須小于匝數(shù)比 N：1 （N-to-1）。

變壓器動作

我們已經(jīng)看到，與初級繞組相比，次級繞組上的線圈匝數(shù)，匝數(shù)比，影響量可從次級線圈獲得的電壓。但是，如果兩個繞組彼此電隔離，那么這個二次電壓是如何產(chǎn)生的？

我們之前已經(jīng)說過，變壓器基本上由纏繞在共同軟鐵芯上的兩個線圈組成。當交流電壓（ V P ）施加到初級線圈時，電流流過線圈，線圈又在其周圍建立磁場，稱為 mutual電感，根據(jù)電磁感應的法拉第定律通過該電流流動。當電流從零上升到最大值時，磁場強度逐漸增大，其最大值為dΦ/ dt 。

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

然而，感應到軟鐵芯的磁場強度取決于量電流和繞組的匝數(shù)。當電流減小時，磁場強度降低。

當磁通線繞磁芯流動時，它們通過次級繞組的匝，導致電壓感應到次級線圈。感應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)。此感應電壓與初級繞組電壓具有相同的頻率。

然后我們可以看到在兩個繞組的每個線圈匝中感應出相同的電壓，因為相同的磁通量連接兩個繞組的匝數(shù)。一起。結(jié)果，每個繞組中的總感應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，則次級繞組上可用的輸出電壓的峰值幅度將會降低。

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

假設我們有一個主變壓器只有一個轉(zhuǎn)彎，只有一個轉(zhuǎn)彎次要的。如果在初級線圈的一圈上施加一伏特，假設沒有損耗，則必須流過足夠的電流并產(chǎn)生足夠的磁通量以在次級線圈的單圈中產(chǎn)生一伏特。也就是說，每個繞組每圈支持相同的伏特數(shù)。

當磁通量正弦變化時，Φ=Φ max sinωt，則 N 圈的線圈繞組中感應電動勢（ E ）之間的基本關(guān)系由下式給出：

emf =轉(zhuǎn)動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)絡中的通量

這被稱為變壓器EMF方程。對于初級繞組電動勢， N 將是初級匝數(shù)（ N P ），對于次級繞組電動勢， N 將是次級匝數(shù)，（ N S ）。

另請注意，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，因為必須改變磁場以在次級繞組中感應出電壓。換句話說，變壓器不能在穩(wěn)態(tài)直流電壓下運行，只能在交流或脈動電壓下工作。

如果變壓器初級繞組連接到直流電源，則感應電抗為由于DC沒有頻率，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，導致其過熱并最終燒壞，因為我們知道 I = V / R 。

變壓器基礎(chǔ)知識示例No3

單相變壓器在初級繞組上有480匝，在次級繞組上有90匝。當2200伏特，50Hz施加到變壓器初級繞組時，磁通密度的最大值為1.1T。計算：

a）中。核心中的最大通量。

b）。核心的橫截面積。

C）。二次感應電動勢。

變壓器中的電力

另一個變壓器基礎(chǔ)參數(shù)是其額定功率。通過簡單地將電流乘以電壓來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1百萬伏安。 / p>

在理想的變壓器中（忽略任何損耗），次級繞組中的可用功率將與初級繞組中的功率相同，它們是恒定功率器件，并且不會僅將電壓改變?yōu)槟壳暗谋壤?。因此，在理想變壓器中，功率比等?（單位），因為電壓 V 乘以電流， I 將保持不變這就是初級電壓上一個電壓/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，當變壓器升壓電壓時，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。然后我們可以說主功率等于次級功率，（ P P = P S ）。

變壓器

其中：Φ P 是初級相角和Φ S 是次級相角。

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，假設加倍（×2）電壓會使電流減少相同的量，（÷2）同時提供相同的電壓負載的功率，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 - 效率

變壓器不需要任何移動部件來傳輸能量。這意味著沒有與其他電機相關(guān)的摩擦或風阻損失。然而，變壓器確實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。銅損是變壓器運行中的最大損失。通過對安培進行平方并乘以繞組的歐姆電阻（ I 2 R ），可以確定（每個繞組中）功率損失的實際功率。

鐵損，也稱為滯后，是磁芯內(nèi)磁性分子的滯后，響應于交變磁通量。這種滯后（或異相）狀態(tài)是由于它需要動力來反轉(zhuǎn)磁性分子;它們不會反轉(zhuǎn)，直到助焊劑達到足夠的力來扭轉(zhuǎn)它們。

它們的反轉(zhuǎn)導致摩擦，并且摩擦在核心產(chǎn)生熱量，這是一種動力損失的形式。通過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度決定了其效率。變壓器的效率反映在初級（輸入）和次級（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繞組的功率輸出 P S 與初級繞組的功率輸入之比 P P 因此很高。

理想的變壓器100％高效，因為它可以提供所有能量。另一方面，真正的變壓器不是100％有效，在滿載時，變壓器的效率在94％到96％之間，這是安靜的。對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，主要功率稱為“伏安”，VA以區(qū)分它們與次級功率。然后上面的效率方程可以修改為：

有時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 VA ， W 和η的量已疊加到一個三角形中，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數(shù)量的實際位置。

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)一下這個變形基礎(chǔ)教程。 A變壓器使用磁場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值。變壓器由兩個電氣隔離線圈組成，以法拉第的“互感”原理工作，其中在變壓器次級線圈中通過初級線圈繞組中流動的電壓和電流產(chǎn)生的磁通量感應出EMF。

初級和次級線圈繞組都纏繞在由單個疊片制成的普通軟鐵芯上，以減少渦流和功率損耗。變壓器的初級繞組連接到AC電源，其本質(zhì)上必須是正弦的，而次級繞組向負載提供電力。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

變壓器初級繞組和次級繞組的比率彼此產(chǎn)生升壓變壓器或降壓變壓器，初級匝數(shù)與次級匝數(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單地通過反轉(zhuǎn)其連接并使低壓繞組成為初級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設計額定值內(nèi)運行即可。 / p>

如果匝數(shù)比等于1， n = 1 則初級和次級繞組的數(shù)量相同，因此兩個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，因為變壓器的初級和次級繞組每圈具有相同的伏特數(shù)。變壓器的效率是它輸送到負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有損耗，所以沒有功率損失，然后 P IN = P OUT 。

在接下來的教程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和次級繞組的不同磁芯類型和疊片。