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变压器工作原理、原副边电压计算公式及变压器变压比讲解

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发表于 2016-4-25 15:42:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
利用我们前面两节课程中学习到的自感应与互感应原理制造的设备:变压器。

变压器工作原理

变压器原理图单相变压器有两个线圈共同绕在一个闭合铁芯上,如右图所示,其中与电源相连的线圈称为原边线圈,与原边线圈相关的各量的标示符号均在右下角标注以角码1,如U1、I1等,与负载项链的线圈称为副边线圈,相关度额各量的标示符号均在右下角标注角码2,如U2、I2等。
此变压器工作原理为:当变压器的原绕组施以交变电压u1时,便在原绕组中产生一个交变电流i1,这个电流在铁芯中产生交变磁通Φ,因为原、副绕组在同一个铁芯上,所以当磁通Φ穿过副绕组时,便在变压器副边产生感应电动势e2(即变压电压)。变压器中感应电动势的大小是和线圈的匝数、磁通的大小及电源的频率成正比。
原副边电压计算

变压器中感应电动势的计算公式为:
变压器电动势计算
上面的公式中各量分表所指:
E:表示感应电动势,单位伏特,简称伏(V);
f:表示电源频率,单位赫兹(Hz);
N:表示线圈匝数(匝);
Φ:表示磁通,单位韦伯(Wb);
由于磁通Φ穿过原、副边绕组而闭合,所以原、副边感应电动势分别为:
变压器原边电动势计算公式
变压器副边电动势计算公式
两个公式相除得变压器变压比称为变压器的变比。
变压器变压比

在一般的电力变压器中,绕组电阻压降很小,可以忽略不计,因此在原边绕组中可以认为电压U1=E1。由于副边绕组开路,电流I2=0,它的端电压U2与感应电动势E2相等,即U2=E2。所以由上面的原、副边感应电动势公式得:
变压器变压比
公式中K为原边电压U1和副边电压U2之比,这个K的数值称为变压器的变压比。
由上是表明,变压器原、副边绕组的电压比等于原、副绕组的匝数比,因此如果要原、副边绕组有不同的电压,只要改变他们的匝数即可。当N1>N2时,K>1,变压器降压;当N1<N2时,K<1,变压器升压。
对于已经支撑的变压器而言,其K为定值,故副边电压和原边电压成正比,也就是说副边电压随着原边电压的升高而升高,降低而降低。但加载原边绕组两端的电压必须为额定值。因为,当外加电压比额定电压略有超过时,原边绕组中通过的电流将大大增加,如果把额定电压为220V的变压器错误的接到380V的线路上,则原绕组的电流将急剧增大,致使变压器烧毁。
把变压器的副边绕组负载接通后,在副边电路中有电流I2通过,此时,称变压器负载运行。由于副边绕组中电流I2也将在铁芯中产生磁通(即自感应现象),这种磁通对于原边电流所产生的磁通而言,是起去磁作用的,即铁芯中的磁通应为原边、副边绕组中电流产生的磁通的合成。但在外加电压U1和电源频率f不变的条件下,由近似公式:
原边电压
上式中可以看出,合成磁通Φ应基本保持不变。因此,随着I2出现,原边绕组中通过的电流I1将增加,这样才能使得原绕组中的磁通以免体校副绕组的磁通,另一面维持铁芯中的合成磁通保持不变。由此可知,变压器原边电流I1的大小是由副边电流I2的大小来决定的。
从能量观点来看,变压器原边线圈从电源吸取的功率P1应等于副边线圈的输出功率P2(忽略变压器的线圈电阻和磁通的传递损耗),即:
P1=P2 或 I1U1=I2U2
所以变压比:
变压器变压比
由此可见,变压器原边、副边的电流比与他们的匝数比或电压比成反比。例如一台变压器的匝数N1<N2,是升压变压器,则电流I1>I2;如果绕组匝数N1>N2为降压变压器,则电流I2>I1。也就是说,电压高的一边电流小,而电压低的一边电流大。

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GMT+8, 2017-11-25 13:44

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