变压器是一种能提升或降低交流电压、电流的电气设备。无论是在电力系统中,还是在微电子技术领域,都得到了广泛的应用。
1.结构与工作原理
变压器主要由绕组和铁心组成,其结构与符号如图4-58所示。
图4-58 变压器的结构与符号
从图可以看出,两组绕组L1、L2绕在同一铁心上就构成了变压器。一个绕组与交流电源连接,该绕组称为一次绕组(或称原边绕组),匝数(即圈数)为N1;另一个绕组与负载RL连接,称为二次绕组(或称副边绕组),匝数为N2。当交流电压U1加到一次绕组L1两端时,有交流电流I1流过L1,L1产生变化的磁场,变化的磁场通过铁芯穿过二次绕组L2,L2两端会产生感应电压U2,并输出电流I2流经负载RL。
实际的变压器铁心并不是一块厚厚的环形铁,而是由很多薄薄的、涂有绝缘层的硅钢片叠在一起而构成的,常见的硅钢片主要有心式和壳式两种,其形状如图4-59所示。由于在闭合的硅钢片上绕制绕组比较困难,因此每片硅钢片都分成两部分,先在其中一部分上绕好绕组,然后再将另一部分与它拼接在一起。
变压器的绕组一般采用表面涂有绝缘漆的铜线绕制而成,对于大容量的变压器则常采用绝缘的扁铜线或铝线绕制而成。变压器接高压的绕组称为高压绕组,其线径细、匝数多;接低压的绕组称为低压绕组,其线径粗、匝数少。
图4-59 硅钢片的形状
变压器是由绕组绕制在铁心上构成的,对于不同形状的铁心,绕组的绕制方法有所不同,图4-60所示是几种绕组在铁心上的绕制方式。从图中可以看出,不管是心式铁心,还是壳式铁心,高、低压绕组并不是各绕在铁心的一侧,而是绕在一起,图中线径粗的绕组绕在铁心上构成低压绕组,线径细的绕组则绕在低压绕组上。
图4-60 变压器的绕组绕制方式
2.电压、电流变换功能说明(www.xing528.com)
变压器的基本功能是电压变换和电流变换。
(1)电压变换
变压器既可以升高交流电压,也可以降低交流电压。在忽略变压器对电能损耗的情况下,变压器一次、二次绕组的电压与一次、二次绕组的匝数的关系为
式中,K为匝数比或变压比。由上式可知:
1)当N1<N2(即K<1)时,变压器输出电压U2较输入电压U1高,故K<1的变压器称为升压变压器。
2)当N1>N2(即K>1)时,变压器输出电压U2较输入电压U1低,故K>1的变压器称为降压变压器。
3)当N1=N2(即K=1)时,变压器输出电压U2和输入电压U1相等,这种变压器不能改变交流电压的大小,但能将一次、二组绕组电路隔开,故K=1的变压器常称为隔离变压器。
(2)电流变换
变压器不但能改变交流电压的大小,还能改变交流电流的大小。在忽略变压器电能损耗的情况下,变压器的一次绕组的功率P1(P1=U1I1)与二次绕组的功率P2(P2=U2I2)是相等的,即
由上式可知,变压器一次、二次绕组的电压与一次、二次绕组的电流成反比:若提升二次绕组的电压,则会使二次绕组的电流减小;若降低二次绕组的电压,则二次绕组的电流会增大。
综上所述,对于变压器来说,不管是一次或是二次绕组,匝数越多,它两端的电压就越高,流过的电流就越小。例如,某变压器的二次绕组匝数少于一次绕组匝数,其二次绕组两端的电压就低于一次绕组两端的电压,而二次绕组的电流比一次绕组的大。
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