变压器概述

變壓器概述

變壓器是一種能改變交流電壓而保持交流電頻率不變的靜止的電氣設備.

在電力系統的送變電過程中,變壓器是一種重要的電氣設備.送電時,通常使用變壓器把發電機的端壓升高.對於輸送一定功率的電能,電壓越高,電流就越小,輸送導線上的電能損耗越小,由於電流小,則可以選用截面積小的輸電導線,能節約大量的金屬材料.用電時,又利用變壓器將輸電導線上的高電壓降低,以保證人身安全和減少用電器絕緣材料的消耗.

通常輸送線上的電壓在20-50萬伏之間,但是,在工農業生產和日常生活中需要各種不同等級的交流電壓.例如,應用廣泛的三相異步電動機和額定電壓為380V或220V一般照明電壓為220V:機床局部照明的額定電壓為36V,24V或更低:許多電子設備經常要求多種電壓供電.所以在實際工作中,采用各種規格的變壓器來滿足不同的需要.

變壓器除了能改變交變電壓外,還具有改變交流電流(如電流互感器,變換阻抗(如電子電路中的輸入,輸出變壓器)以及改變相位等作用.所以,變壓器是輸配電電工測量和電子技術等方面不可缺少的電氣設備.

變壓器的基本結構和工作原理

變壓器的基本結構

雖然變壓器種類繁多,用途各異,電壓等級和容量不同,但變壓器的基本結構大致相同.最簡單的變壓器是由一個閉合的軟磁鐵心和兩個套在鐵心上又相互絕緣的繞組所構成,如圖示

繞組又稱線圈,是變壓器的電路部分.與交流電源相接的繞組叫做初級繞組或原邊繞組,簡稱初級或原邊:與負載相接的繞組叫做次級繞組或副邊繞,簡稱次級繞組或副邊.

變壓器工作原理 :

當變壓器初級接入交流電源以后,在初級繞組中就有交流電流過,於是在鐵心中產生交變磁通,稱為主磁通.它隨著電源頻率而變化,主磁通集中 在鐵心內.极少一部分在繞組外閉合,稱為漏磁通,它一般很小,可忽略不計,所以,可以認為初,次級繞組同時受主磁通作用.根據電磁感應定律,初次級繞組都將產生感應電動勢.如果次級接有負載構成閉合回路,就有感應電流產生.變壓器 通過初,次級繞組的磁耦合把電源的能量傳送給負載.

U1 e1 I1 e2 I2 U2 N1 N2 負載

變壓器工作原理示意圖

變壓器變壓原理 設初,次級的匝數分別為N1和N2忽略漏磁通和初,次級直流電阻的影響.由於初,次級繞組同時受主磁通的作用,在兩個繞組中產生的感生電動勢e1和e2的頻率與電源頻率相同,若主磁通隨時間的變化率為 ,則由電磁感應定律可得初,

△t △ψ

次級繞組的感生電動勢分別為

e1=-N1 △ψ △t

△ψ △t

e2=-N2 △ψ △t

△ψ △t

感應電壓與感生電動勢相是相反的,所以

u1=-e1=N1 u1=-e2=N2 如果不考盧相位關系,只考慮它們的大小,則初,次級電壓有效值之間有如下關系

= =n

U2

N2

U1

N1

式中 U1 初級交流電壓的有效值,V;

U2-----次級交流電壓的有效值, V; N1-----初級繞組的匝數; N2-----次級繞組的匝數;

n-----初,級的電壓比,或稱匝數比,簡稱變化

公式表明變壓器初級,次級繞組的電壓比等於它們的匝數比. 當n＞1時,N1＞N2,則U1>U2 這種為降壓變壓器 當n<1時, N1

因此,只要選擇初,次級變壓器繞組的不同匝數比,就可以實現升壓或降壓的目的.

例1一臺變壓器的初級繞組接在10KV的高壓輸電線上,要求次級繞組輸出400伏電壓,如果初級繞組的匝數為800匝.求變壓器的電壓比和次級繞組的匝數N2

解:根椐電壓比公式 n= U1

= 10000 400

=25 則N2= N1

n

= 800 25

=32匝

2.變壓器變換電流原理 任何一種變壓器在變壓過程中只起能量傳遞作用,無論變換后的電壓是升高,還是降低電能都不會增加,也不會減少.根椐能量守恆定律,在忽略損耗時,變壓器輸出的功率P2應與變壓器從電源獲得的功率P1相等

即 P1=P2 U1I1=U2I2 則有

I2 I1

U2

N2 N1

1

= =

U1

= n

以上公式是變壓器變換電流公式.此式說明變壓器工作時,初,次級繞組的電流大小與初,次級的電壓或匝數成反比,或者為變壓器變比的倒數.實際上,變壓器在改變電壓的同時也改變了電流.電流互感器,就是根椐這一原則制成的.

例2在3300V的交流電路中接入一臺變壓器,若把電壓降至為220V,已知初級繞組的匝數是2100匝,次級繞組接入的負載R2為10Ω,求次級繞組的匝數和初,次級繞組中的電流. 解:根椐變壓器的變壓比公式為n= = 則 N2 = =

n N1

2100 15

U2 U1

330

0 =15 220

220 10

=140匝

N2 R2

根椐歐姆定律得出次級繞組的電流為I2 = 由公式可得出初級繞組中電流為 I1 = = =約1.47A

n

15

I2

22

= = 22A

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