变压器的工作原理是什么?
变压器的工作原理是基于法拉第电磁感应定律,将某一种电压、电流、相数的电能转变成另一种电压、电流、相数的电能,
它具有电压变换、电流变换、阻抗变换和电气隔离的功能。变压器的结构主要由铁心和套在铁心柱上的绕组组成,通常输入电能一侧的绕组称为一次绕组,输出电能一侧的绕组称为二次绕组,现在以单相双绕组变压器为例说明其工作原理,其原理如图4-1所示。
(1)电压变换原理。设一次绕组(原边绕组)匝数为N.,二次绕组(副边绕组)匝数为N2。在二次绕组开路的情况下,一次绕组接上有效值为U1的交流电压后,有空载电流I。通过,它产生的交变磁通也穿过二次绕组,如图4-1 (a)所示。
根据法拉第电磁感应定律,二次绕组两端感应产生一个交变电
压,其有效值设为U2。在不计变压器铜损(绕组的热损耗)和铁损(铁心和励磁的损耗)的情况下,U1、U2分别为式中:f为交流电频率; 为铁心中最大磁通量。由此得
上式表明,在空载情况下,变压器一次绕组、二次绕组的电压比与变压器一、二次绕组的匝数成正比,这就是变压器电压变换的原理。K称为变比,K>1的变压器为升压变压器,K<l的变压器为降压变压器,K-I的变压器为隔离变压器(多用于电钻等携带式
电动工具中,以防止触电)。
(2)电流变换原理。当二次绕组接上负载Z,二次绕组便有电流I2通过,一次绕组电流也从空载电流I增大为I1,如图4-1 (b)所示。
不计变压器的铜损和铁损,输入功率I1U1和输出功率I2U2近似相等,即
上式表明,一次绕组所通过的电流有效值与二次绕组所通过的电流有效值之比等于变比的倒数,这就是变压器电流变换的原理。
(3)阻抗变换原理。变压器也有阻抗变换的作用。假设其输入端(一次绕组)阻抗为Z1,而负载端(二次绕组)的阻抗为Z2,
则有
联立可得
上式表明,当负载端接上一个Z2的阻抗时,相当于变压器的输入端接上一个K2 Z2的等效阻抗,这就是变压器阻抗变换的原理。
实际上电源和负载的阻抗都是给定的,一般情况下是不匹配的。为此,若将变压器的变比按上式来设计,在变压器进行耦合时,就可以实现阻抗匹配。