变压器工作原理介绍（课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（高教第4版）

变压器工作原理介绍 变 压 器 及 其 工 作 原 理 变压器是利用电磁感应原理传输电能或电信号的器件, 它具有变压、 变流和变阻抗的作用。 变压器的种类很多, 应用十分广泛。 比如在电力系统中用电力变压器把发电机发出的电压升高后进行远距离输电, 到达目的地后再用变压器把电压降低以便用户使用, 以此减少传输过程中电能的损耗; 在电子设备和仪器中常用小功率电源变压器改变市电电压, 再通过整流和滤波, 得到电路所需要的直流电压; 在放大电路中用耦合变压器传递信号或进行阻抗的匹配等等。 变压器虽然大小悬殊, 用途各异, 但其基本结构和工作原理却是相同的。  变压器由铁心和绕组两个基本部分组成, 如图 2 - 34所示, 在一个闭合的铁心上套有两个绕组, 绕组与绕组之间以及绕组与铁心之间都是绝缘的。  变 压 器 的 结 构 图2-35 变压器的铁心 变 压 器 的 结 构 图2-36 变压器的结构形式 变 压 器 的 结 构 骨架在变压器中的作用主要有以下几点： 　　1 、为变压器中的铜线提供缠绕的空间， 　　2、 固定变压器中的磁芯。 　　3 、骨架中的线槽为变压器生产绕线时提供过线的路径。 　　4 、骨架中的金属针脚为变压器之铜线缠绕的支柱；经过焊锡后与PCB板相连接，在变压器工作时起到导电的作用。 　　5 、骨架底部的挡墙，可使变压器与PCB板产生固定的作用；为焊锡时产生的锡堆与PCB板，和磁芯与PCB板，提供一定距离空间；隔离磁芯与锡堆，避免发生耐压不良。 　　6 、骨架中的凸点、凹点或倒角，可决定变压器使用时放置方向或针脚顺序 空载运行和电压变换如图 2 - 37所示, 将变压器的原边接在交流电压ｕ1上, 副边开路, 这种运行状态称为空载运行。此时副绕组中的电流i2=0, 电压为开路电压u20, 原绕组通过的电流为空载电流i10, 电压和电流的参考方向如图所示。图中Ｎ１为原绕组的匝数, Ｎ２为副绕组的匝数。 变 压 器 原 理 及 应 用 变 压 器 原 理 及 应 用 副边开路时, 通过原边的空载电流i10就是励磁电流。磁动势i10N1在铁心中产生的主磁通Φ既穿过原绕组, 也穿过副绕组, 于是在原、 副绕组中分别感应出电动势ｅ１和ｅ２。且ｅ１和ｅ２与Φ的参考方向之间符合右手螺旋定则, 由法拉第电磁感应定律可得 变 压 器 原 理 及 应 用 ｅ１和ｅ２的有效值分别为 （2.34） (2.35) 式中ｆ为交流电源的频率, Φm为主磁通的最大值。 如果忽略漏磁通的影响并且不考虑绕组上电阻的压 降时, 可认为原、 副绕组上电动势的有效值近似等于原、 副绕组上电压的有效值, 即 变 压 器 原 理 及 应 用 因此 由式（2.36）可见, 变压器空载运行时, 原、 副绕组上电压的比值等于两者的匝数之比, Ｋ称为变压器的变比。 若改变变压器原、 副绕组的匝数, 就能够把某一数值的交流电压变为同频率的另一数值的交流电压 当原绕组的匝数Ｎ1比副绕组的匝数Ｎ２多时, Ｋ＞１, 这种变压器为降压变压器; 反之, 当Ｎ１的匝数少于Ｎ２的匝数时, Ｋ＜１, 为升压变压器。 (2.36) 变 压 器 原 理 及 应 用 例 1 已知某变压器铁心的截面积为 20cm2, 铁心中磁感应强度的最大值不能超过0.２Ｔ, 若要用它把220Ｖ工频交流电变换成为20Ｖ的同频率交流电, 原、副绕组的匝数应为多少？ 解 铁心中磁通的最大值 原绕组的匝数应为 应 用 举 例 副绕组的匝数应为 或 应 用 举 例 如图 2 - 38所示, 变压器的原绕组接交流电压u１, 副绕组接上负载ＺL, 这种运行状态称为负载运行。 这时副边的电流为ｉ２, 原边电流由ｉ10增大为ｉ１, 且u２略有下降, 这是因为有了负载后, ｉ１、ｉ２会增大, 原、 副绕组本身的内部压降也要比空载时增大, 使副绕组电压Ｕ２比Ｅ２低一些。 因为变压器内部压降一般小于额定电压的１０％, 因此变压器有无负载对电压比的影响不大, 可以认为负载运行时变压器原、 副绕组的电压比仍然基本上等于原、 副绕组匝数之比。 负 载 运 行 和 电 流 变 换 负 载 运 行 和 电 流 变 换 变压器负载运行时, 由ｉ２形成的磁动势ｉ２Ｎ２对磁路也会产生影响, 即铁心中的主磁通Φ是由i1N1和i2N2共同产生的。由式 U≈E≈4.44fNΦm可知, 当电源电压和频率不变时, 铁心中的磁通最大值应保持基本不变, 那么磁动势也应保持不变, 即 负 载 运 行 和 电 流 变 换