变压器原理与应用：从基础知识到工程实践

变压器原理与应用：从基础知识到工程实践

变压器是交流电力系统中最重要的电气元件之一。今天，许多电路都使用必不可少的变压器，它们构成了我们如何为一切供电的支柱。

1. 什么是变压器？

变压器是一种电气设备，用于将电能从一个电路传输到另一个电路。此外，它将功率因数保持在一个单位，并确保两个电路中的电压电平保持不变。

2. 变压器类型：

变压器种类分类如下：

（变压器图）

基于构造

• 铁芯型变压器 - 铁芯组件可能由叠层钢板、硅钢片或铁合金（如硅钢）组成。还有圆柱形线圈作为绕组，低压绕组更靠近铁芯。
• 壳式变压器 - 是一种将所有铁芯、线圈和绝缘材料都装在铝壳或钢壳内的变压器。大多采用矩形形式。

根据供应类型

• 单相变压器 - 这种类型是单绕组设备，其中一个线圈连接到变压器的初级侧，另一个线圈连接到变压器的次级侧。
• 三相变压器 - 由连接到每个磁芯侧的三个线圈组成。此外，每个线圈的连接方式都会产生相互垂直的磁场。
• 自耦变压器 - 这种类型使用两侧的两个绕组进行升压和降压电压转换。

（充油变压器）

根据冷却类型

• 油浸式变压器 - 它通过油介质散发电流产生的热量。
• 空心变压器 - 一种通过空气散发电流产生的热量的变压器。

根据使用情况

• 电流互感器 - 用于测量电力传输中的非常高的电流。
• 电位变压器 - 测量非常高的交流电压。

基于目的

• 升压变压器-提供电压电平由低变高的功能
• 降压变压器-提供电压电平由高变低的功能

(高压变压器)

3. 变压器的应用

变压器应用在：

• 首先，工业和实验室使用和电力系统中的电压调节，以增加或降低电源电压。
• 二是电力发电和配电，以及采矿、石油和天然气行业。
• 第三，升压或降压供电线路的交流电压。
• 使用无线电技术提高或降低高频信号，以便在更远距离传输，而不会损失任何信号强度。常见于音频变压器和商用变压器。
• 最后是电力电子电路，它们可以用作自动电压调节器。

4. 变压器的基本结构

基本变压器的结构包括：

• 叠片芯；由叠层铁片组成，其排列方式为磁通量提供最小路径。此外，核心充当闭合磁路。
• 初级绕组；沿任一方向围绕磁芯放置，并与磁芯绝缘。线圈是铜线。
• 二次绕组；放置在初级周围并与之绝缘，方向与初级方向相同或极性相反。

基本变压器构造：

变压器由两个或多个缠绕在叠片钢芯上的线圈（绕组）组成。输入绕组（初级绕组）连接到电源的一个端子。输出绕组（次级绕组）跨接负载电路。

（手工处理组件）

以下是变压器搭建的基本步骤：

• 首先，制作初级和次级线圈 - 使用绝缘胶带或搪瓷涂层将这些线圈的绕组彼此分开。
• 接下来，将这些线圈安装在一个普通的软铁芯上，该芯由高度层压的硅钢片组成，并用绝缘胶带包裹以减少涡流损耗。这些变压器铁芯叠片的连接采用条带形式。重要的是，片材应具有高硅含量以降低滞后损失。此外，初级线圈连接到铁芯的一端，而另一端连接到次级线圈。此外，从变压器油箱绝缘和引出端子时，您需要合适的套管。
• 屏蔽线圈 - 用于保护初级绕组免受由变压器中的感应电压引起的电磁效应，这可能导致灾难性的变压器故障。同样，这是通过在这些线圈的两侧缠绕额外的绝缘胶带来完成的。

5. 变压器的工作原理

变压器工作的基本原理是法拉第电磁感应定律：N*dΦ/dt（法拉第定律）。

（法拉第定律）

该定律指出，当与其相连的磁通量发生变化时，会在闭合电路中感应出电通量。这种现象是由于通过这两个电路的电流的互感造成的。解释如下：

当电流流过初级绕组时，它会在该绕组周围产生磁场。因此，在初级线圈周围产生磁通量也是。然后，变压器铁芯为该磁通提供连接绕组的路径。但是，并非所有磁通都与次级绕组相连，因此称为漏磁通。之后，在次级线圈上产生感应电压。这是因为绕在公共铁芯上的线圈之间通过磁芯中的耦合相互感应。

这个过程会产生感应电动势，因为它试图阻止电流通过它，反之亦然。次级线圈中的感应电压充当初级绕组的负载。

注意；变压器是静态设备；因此，电压电平的变化是由磁感应引起的，而不是由其固体材料的运动引起的。

现在，让我们看看重要术语在处理变压器时。

（铜绕组）

变压器的匝数比

初级绕组与次级绕组的匝数之比线圈。这个数字表示在通过变压器降压后，初级电路中的电压水平降低了多少倍。

它的表示是 X/Y。 “X”表示初级线圈的匝数（Np），“Y”表示次级线圈的匝数（Ns）。假设它是一个理想的变压器。

公式; Np/Ns=n=转弯率

例如，如果初级线圈有 100 匝，次级线圈有 50 匝，则该比率表示为 100/50。

这意味着具有升压比的变压器在其次级侧的匝数将少于其初级。但是，对于具有降压比的变压器，情况正好相反。

（变压器绕组）

变比

二次电压与一次电压之比就是变压器比。变压比的表达单位是伏特/伏特或安培/安培，这取决于与次级线圈连接的负载电阻的类型。

计算公式；

变比=（V/V或V/A次级负载电阻）/（V初级或A初级）

例如;次级绕组两端的电压为 100 伏，流过的电流为 20 安。那么，该特定电路的变压比将是 100/20。

注意； a两端的最大电流电平或电压 变压器中的次级绕组是指额定电流或电压。二次回路的这个额定值决定其最大工作能力。并确定它是否适合高压或小电流应用。

(变压器及电器元件)

变压器效率

这是变压器在上所做的功的比率 次级绕组产生的输入功率。

以百分比表示。

公式为：

效率=（输出功率/输入功率）x 100

例如，假设变压器的输入功率为 100 瓦，次级绕组产生 80 瓦。那么，该特定电路的变压器效率将达到 80%。

这意味着当功率从变压器的初级-次级侧流出时，会有 20% 的能量损失。

请注意，变压器的输入和输出功率电平必须相同，此比率才能保持有效。也就是说，初级和次级电流必须具有相同的值。

如果输入电流大于输出，则变压器效率将低于100%，反之亦然。

(电动势)

变压器的电动势方程

电动势 (emf) 只是变压器中输入电压与输出电压的比值。

它的表达方式是伏特/伏特或安培/安培。

例如，假设变压器的输入电压为 100 伏，输出电压为 95 伏。然后，该特定电路的反电动势将是输入电压的 95/100 或 0.95 倍。

这意味着当功率从变压器的初级流向次级时，会有 0.05 伏的能量损失。

变压器次级线圈的电动势计算公式为：

E=N*delta/转数^n

哪里，

E：以伏特为单位的电动势。

N：初级绕组的匝数。

Delta/Turns^n：初级和次级线圈的匝数比。

你可以把上面的方程写成 E=N*Turns^(n-x)

其中“n”表示次级线圈的匝数，“x”等于（N-n）。

该方程表明，次级绕组的电动势与初级匝数成正比，与(N-n)成反比。

(电压互感器)

变压器中的电力

计算变压器的电功率很容易，使用公式：功率 =电压 x 电流。

其中“Power”表示输入功率，“Voltage”和“Current”表示输入电压和电流。

例如：假设变压器的额定功率为 100 瓦，其初级绕组上的电压为 400 伏。那么，流过它的电流将是 0.25 安培，因为功率=电压 x 电流。

正如您在此处看到的，变压器消耗的电流与其额定功率相比非常小。