变压器的工作原理详解
发表时间: 2023-09-23 19:45:00 作者: 新闻中心
前面我们讲过变压器的生活变电站以及厂用变压器的大型变压器的故障以及解决方法,那么今天就详细的介绍下变压器是如何工作的,它的工作原理又是什么呢?
众所周知,变压器能实现交流电路中的电压大小的转换,生活中常见的充电器、变压器站、开关电源等,都有变压器的身影,只是变压器的类型不同,但是工作原理都是一样的。就连我们生活用电,都是通过配电变压器转换过来的,能这样说,假如没有变压器,就不会有如今这样庞大的电力系统。
那么,变压器是怎么样做电压的变换的呢?在构成结构上,变压器主要由闭合的铁芯和绕制的线圈组成,其中线圈是绕制于铁芯上的,在变压器工作时,线圈流过电流产生的磁场会在这个闭合的铁芯中流通,从而形成磁通。
磁通,则是指穿过某平面的磁力线数目,而磁力线是人为假设的,用于表示磁场大小和方向的线条,实际上磁场我们是看不见也摸不着的,磁力线数目越多,表示磁场越强。
在变压器中,线圈有一次和二次之分,便是我们大家常常说的一次绕组,二次绕组,其中直接与电源相连接的线圈称为一次线圈(即初级线圈),作为输入端使用;与负载相连接的线圈称为二次线圈(即次级线圈),作为输出端使用。
线圈是使用导线(一般是铜导线)一圈一圈绕制形成的,所以绕多少圈是可以人为决定的,这个圈数就称为匝数,例如一次线,表示一次线圈形成的。另外,变压器中,一次线表示,二次线表示。
变压器中,一、二次线圈的电压比等于一、二次线圈的匝数比,其比值的结果称为变比,用字母k表示,即U1/U2=N1/N2=k。这个式子则是通过电磁感应定律公式推导而出,这里就不展开讲解了,下面从另一个角度来进行剖析。
首先,若有一匝导线所示,并拿一个条形磁铁不断地上下穿过这个这圈导线,由于磁铁周围存在磁场,根据电磁感应现象,这圈导线两端必会产生感应电压U,即使这个感应电压很小,它也是存在的。感应电压的产生,是因为穿过这圈导线的磁通在不断发生变化。
然后再增加一匝相同的导线左边所示,还是同一个条形磁铁上下移动,此时两个线圈的两端都会产生感应电压,由于线圈相同,所以产生的感应电压也相等,都是U。
若将两个线圈首尾相连串接起来,如图2右边所示,那么两个线圈的电压就会串联相加,总电压为2倍U。
依此类推,显然,若有相同的N匝线圈,被同一磁铁上下穿过,就会有N个电压U,若将这N匝线圈首尾相连串接起来,N匝线圈的电压也会串联相加,得到总电压为NU,如下图3所示。
理解了这些线圈的电压关系,我们再接着看变压器。变压器运行电路如下图4所示,一、二次线圈绕在同一个铁芯上,匝数分别为N1和N2。
线圈流过电流,并产生磁场,磁场在铁芯中流通,由于电流是交变的,所以由电流产生的磁场也是交变的,换言之,磁场和电流是同步变化的。
交变磁场流过铁芯,其大小和方向都交替变化,而线圈又是绕在同一个铁芯上,这就等于同一个交变磁场穿过了两个线圈。类同于上文的磁铁不断上下穿过线圈,显然,绕在铁芯上的两个线圈必定会产生感应电压。
由于两个线圈共用同一个交变磁场,若将一、二次线圈分解为一匝一匝,那么每一匝线圈所产生的感应电压必定相同,假设为U。如上图4,基于此,一次线个单匝线圈首尾相连串接起来,每个单匝线个U,即一次线×U;同理,二次线个单匝线圈首尾相连串接起来,所以二次电压U2=N2×U。
将一、二电压相除,即U1/U2=(N1×U)/(N2×U)=N1/N2,这在某种程度上预示着,一、二次电压的比值直接等于一、二次线圈的匝数比。
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