最簡(jiǎn)單的變壓器可以描述為升壓或降壓的東西。在升壓變壓器中，輸出電壓升高，而在降壓變壓器中，輸出電壓降低。升壓變壓器會(huì)降低輸出電流，降壓變壓器會(huì)增加輸出電流，以保持系統(tǒng)的輸入和輸出功率相等。
變壓器基本上是一種電壓控制裝置，廣泛用于交流電力的分配和傳輸。變壓器的想法首先由邁克爾法拉第在1831年討論，并被許多其他著名的科學(xué)學(xué)者發(fā)揚(yáng)光大。然而，使用變壓器的一般目的是在非常高的電壓下產(chǎn)生的電力和在非常低的電壓下完成的消耗之間保持平衡。
變壓器的概念
變壓器是用于電能傳輸?shù)脑O(shè)備，傳輸電流為交流電。變壓器通常用于在不改變電路之間交流頻率的情況下增加或降低電源電壓。變壓器根據(jù)電磁感應(yīng)和互感應(yīng)的基本原理工作。
變壓器類(lèi)型
變壓器用于發(fā)電電網(wǎng)、配電部門(mén)、輸電和電能消耗等各個(gè)領(lǐng)域。目前變壓器有多種類(lèi)型，可根據(jù)以下性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi);
- 工作電壓范圍
- 核心使用的介質(zhì)
- 繞線(xiàn)排列
- 安裝位置
基于電壓等級(jí)
根據(jù)電壓分為：
升壓變壓器： 用于發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間。次級(jí)輸出電壓高于輸入電壓。
降壓變壓器： 這些變壓器用于將高壓初級(jí)電源轉(zhuǎn)換為低壓次級(jí)輸出。
基于使用核心介質(zhì)
在變壓器中，可以會(huì)發(fā)現(xiàn)使用了不同類(lèi)型的磁芯，主要包括：
殼式變壓器：初級(jí)和次級(jí)繞組之間的磁鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)空氣。繞在非磁條上的線(xiàn)圈或繞組。
鐵芯變壓器： 繞組繞在堆疊在一起的多個(gè)鐵板上，為產(chǎn)生磁通提供了完美的聯(lián)動(dòng)路徑。
基于繞組排列
自耦變壓器： 它只有一個(gè)繞組纏繞在疊片鐵芯上。初級(jí)和次級(jí)共用同一個(gè)線(xiàn)圈。
基于安裝位置
電力變壓器： 用于發(fā)電站，適用于高壓應(yīng)用。、
配電變壓器： 主要用于家用配電線(xiàn)路，專(zhuān)為承載低電壓而設(shè)計(jì)。它非常易于安裝，并且具有低磁損耗的特點(diǎn)。
測(cè)量變壓器： 這些被進(jìn)一步分類(lèi)，主要用于測(cè)量電壓、電流、功率。
保護(hù)變壓器： 它們用于組件保護(hù)目的。在電路中，必須保護(hù)某些元件免受電壓波動(dòng)等影響。
變壓器的工作原理
變壓器的工作原理是法拉第電磁感應(yīng)和互感應(yīng)定律。
變壓器鐵芯上通常有兩個(gè)線(xiàn)圈初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈。鐵心疊片以條帶的形式連接。兩個(gè)線(xiàn)圈具有高互感。當(dāng)交流電通過(guò)初級(jí)線(xiàn)圈時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生變化的磁通量。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，磁通量的這種變化會(huì)在次級(jí)線(xiàn)圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)(電動(dòng)勢(shì))，該次級(jí)線(xiàn)圈與具有初級(jí)線(xiàn)圈的鐵芯相連。這是互感。
總的來(lái)說(shuō)，變壓器進(jìn)的工作流程如下：
電能從電路轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電路
通過(guò)電磁感應(yīng)傳輸電能
不改變頻率的電力傳輸
兩個(gè)電路相互感應(yīng)
上圖顯示了在載流導(dǎo)線(xiàn)周?chē)纬傻拇帕€(xiàn)。包含磁通線(xiàn)的平面的法線(xiàn)平行于導(dǎo)線(xiàn)橫截面的法線(xiàn)。
上圖顯示了繞線(xiàn)周?chē)煌磐烤€(xiàn)的形成。有趣的是，反過(guò)來(lái)也是如此，當(dāng)磁力線(xiàn)圍繞一根導(dǎo)線(xiàn)波動(dòng)時(shí)，會(huì)在其中感應(yīng)出電流。這就是邁克爾法拉第在 1831 年發(fā)現(xiàn)的，它是發(fā)電機(jī)和變壓器的基本工作原理。
單相變壓器的零件
單相變壓器的主要部件包括：
1.核心
鐵芯充當(dāng)變壓器中繞組的支撐。它還為磁通量的流動(dòng)提供了低磁阻路徑。如下圖所示，繞組纏繞在鐵芯上。它由層壓軟鐵芯組成，以減少變壓器中的損耗。工作電壓、電流、功率等因素決定了核心組成。磁芯直徑與銅損成正比，與鐵損成反比。
2. 繞組
繞組是纏繞在變壓器鐵芯上的一組銅線(xiàn)。使用銅線(xiàn)是因?yàn)椋?/p>
銅的高電導(dǎo)率可最大限度地減少變壓器中的損耗，因?yàn)楫?dāng)電導(dǎo)率增加時(shí)，電流阻力會(huì)降低。
銅的高延展性是金屬的特性，可以將其制成非常細(xì)的電線(xiàn)。
繞組主要有兩種。初級(jí)繞組和次級(jí)繞組。
初級(jí)繞組：饋入電源電流的一組繞組匝數(shù)。
次級(jí)繞組：從中獲取輸出的一組繞組匝數(shù)。
初級(jí)和次級(jí)繞組使用絕緣涂層劑相互絕緣。
3.絕緣劑
變壓器需要絕緣以將繞組彼此分開(kāi)并避免短路。這有利于相互感應(yīng)。絕緣劑對(duì)變壓器的耐久性和穩(wěn)定性有影響。
以下用作變壓器中的絕緣介質(zhì)：
- 絕緣油
- 絕緣膠帶
- 絕緣紙
- 木質(zhì)層壓
理想變壓器
理想變壓器沒(méi)有損耗，其繞組無(wú)漏磁，無(wú)歐姆電阻，鐵芯無(wú)鐵損。
變壓器的EMF方程
N 1 – 初級(jí)匝數(shù)。
N 2 – 次級(jí)匝數(shù)。
Φ m – 韋伯的最大通量 (Wb)。
T——時(shí)間段。時(shí)間為1個(gè)周期。
形成的通量是正弦波。它上升到最大值 Φ m并減小到負(fù)最大值 Φ m。因此，通量在四分之一周期內(nèi)達(dá)到最大值。所用時(shí)間等于 T/4。
平均通量變化率 = Φ m /(T/4) = 4fΦ m
其中f = 頻率
T = 1/f
每匝感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) = 每匝磁通變化率
形狀因數(shù) = rms 值 / 平均值
Rms值 = 1.11 (4fΦ m ) = 4.44 fΦ m [正弦波的形狀因子為 1.11]
繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的RMS值=每匝電動(dòng)勢(shì)的 RMS值 x 匝數(shù)
初級(jí)繞組
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的Rms值 = E 1 = 4.44 fΦm * N 1
二次繞組
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的Rms值 = E 2 = 4.44 fΦm * N 2
這是變壓器的電動(dòng)勢(shì)方程。
對(duì)于空載條件下的理想變壓器來(lái)說(shuō)：
E 1 = 初級(jí)繞組上的電源電壓。
E 2 = 次級(jí)繞組上的端電壓(理論值或計(jì)算值)。
變壓比
K稱(chēng)為變壓比，是一個(gè)常數(shù)。
案例1：如果N 2 > N 1， K>1，則稱(chēng)為升壓變壓器。
案例2：如果N 2 < N 1，K<1，則稱(chēng)為降壓變壓器。
變壓器的應(yīng)用
變壓器通過(guò)電線(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸電能 。
具有多個(gè)次級(jí)的變壓器用于需要幾種不同電壓的無(wú)線(xiàn)電和電視接收器 。
變壓器用作電壓調(diào)節(jié)器。
總結(jié)
通過(guò)以上介紹不難發(fā)現(xiàn)，變壓器就是是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，在電氣設(shè)備中起到升降電壓的作用，并且還有匹配阻抗、安全隔離等功能。
目前變壓器的應(yīng)用也是非常的廣泛，而作為常用的電子元器件之一，變壓器也通常被應(yīng)用于微型集成電路上面。