变压器的工作原理及多绕组的应用

1.变压器的外形、结构和电路符号

变压器是常用的电器器件，变压器的外形及电路符号如图1-38所示，其文字符号常用TC或T表示。

变压器主要由铁心、绕组组成。铁心是形成变压器磁路的通道，也是绕组的支撑骨。为了减少漏磁和损耗，铁心大多采用厚度为0.35mm或0.5mm表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。

绕组是变压器的电路部分，它是采用绝缘良好的漆包线绕制而成。绕组分为一次绕组和二次绕组，与输入电源（或输入信号）相连的称为一次绕组，和负载（或输出信号）相连的称为二次绕组。

2.变压器的工作原理

变压器是用互感作用实现能量传输和信号传递的。两线圈之间不是通过导线直接接通，而是通过磁场耦合，使电能得以转换，这种电磁感应现象称为互感现象。

图1-38 变压器的外形及电路符号

a）外形 b）电路符号

如图1-39所示，当变压器一次侧接上交流电压时，一次绕组中便产生交变的磁通（电能→磁能），该磁通切割二次绕组时，就会产生互感电动势（磁能→电能），二次绕组两端就会有交流电压，且输出电压与一次输入电压频率相同，变化规律一样。可见，变压器的工作过程实际是相邻线圈磁的耦合，通过磁的耦合实现电能→磁能→电能转化。

3.变压器的主要参数

（1）电压比

变压器的电压之比称为电压比。变压器的电压比K与一、二次绕组的匝数和电压有效值之间的关系如下：

K=N₁/N₂=U₁/U2

式中 N₁——变压器一次绕组的匝数；

N₂——变压器二次绕组的匝数；

U₁——变压器一次绕组两端的电压；

U₂——变压器二次绕组两端的电压。

图1-39 变压器的工作原理

当变压器额定运行时，若忽略空载损耗，可得变压器一、二次侧电流有效值的关系为

I₁/I₂=N₂/N₁=1/K

由上面的电压、电流电压比公式可知，当变压器额定运行时，一、二次侧电压之比近似等于其匝数比；一、二次侧电流之比近似等于其匝数比的倒数。所以改变一、二次绕组的匝数可改变一、二次绕组电压之比和电流之比，这就是变压器的电压、电流变换作用。

由公式可以看出，K值可能大于1、小于1或等于1。不同K值时，变压器一次、二次参数间的关系见表1-2。

表1-2 不同K值时，变压器一次、二次参数间的关系

（2）额定功率

它是指在规定的工作频率和电压下，变压器能长期工作而不超过规定温升时的输出功率。此参数是电源变压器的一项重要参数，它反映了变压器所能传送电功率的能力。

额定功率与铁心截面积、漆包线直径等有关。变压器的铁心截面积大，漆包线直径粗，输出功率也大。

4.常用变压器(www.xing528.com)

变压器的种类很多，根据用途分为电源变压器、自耦变压器、隔离变压器等。

（1）电源变压器

电源变压器是最常用的一类变压器，主要起升压、降压或隔离电源之用，其中升压用的称为升压变压器，降压用的称为降压变压器，隔离电源用的称为隔离变压器。

有些电源变压器有两个二次绕组，且两个二次绕组不连接，这种电源变压器称为多绕组电源变压器。多绕组电源变压器的各个二次绕组和一次绕组间的电压关系仍符合电压比公式。

如图1-40所示的二次多绕组变压器，它有6V、12V两种输出电压，使用时可根据需要选用具有符合要求的二次电压。

图1-40 二次多绕组变压器

（2）自耦变压器

图1-41所示为自耦变压器的外形和电路符号。自耦变压器二次绕组是一次绕组的一部分，一次绕组与二次绕组之间不仅有磁耦合，还有电的直接联系。自耦变压器绕组的中间有一个滑动炭刷接头，可以调节输出电压，所以又称调压器。自耦变压器与普通变压器相比，只有一个绕组，用铜量少，体积小，损耗小，效率高，较为经济，通常用在实验设备上。

图1-41 自耦变压器的外形和电路符号

使用注意事项：

1）由于自耦变压器一、二次绕组之间既有磁的联系又有电的联系，所以不能用于要求一、二次侧电路隔离的场合，否则易于发生触电事故。例如，我们用自耦变压器输出24V安全电压，如果相线L接1端，零线N接2端，这时的输出电压安全，如图1-42a所示；当相线与零线接反时，虽然输出端的电压不变，但输出端的对地电压分别为220V和196V，如图1-42b所示；如果零线断线，相线经自耦变压器线圈也会使另一侧带上较高电压，如图1-42c所示。后面两种情况下，如果有人触及任一输出线头都有可能触电。

图1-42 自耦变压器输出的“安全”电压并不安全

a）安全 b）相线与零线接反时不安全 c）零线断线也不安全

2）自耦变压器的一、二次绕组不能调换使用，一次绕组接输入电压，二次绕组接输出电压，否则可能烧坏绕组。

5.变压器的检测

（1）绕组断路或短路的检查

由于一般降压变压器绕组的阻值不是很大，所以可以用万用表R×1或R×10档，分别测量一次绕组和二次绕组的直流电阻，如图1-43所示，正常时，一次绕组的直流电阻应该大于二次绕组的直流电阻（一次绕组的电阻值为几十至几百欧，二次绕组的电阻值为几欧至几十欧），根据这一点不但可以分辨两绕组，而且可以检测一、二次绕组的好坏。如果电阻为无穷大，则表明绕组断路；如果电阻为零，则表明绕组短路，但此法不能测量局部短路，可更换同型号的变压器，如果故障消失，说明原来的变压器存在短路故障。

图1-43 绕组断路或短路的检查

（2）判别电源变压器一次与二次绕组

常用的电源变压器多是降低变压器，它的输出电压比输入电压低得多，如果接线端标记不清，如何判别呢？

由变压器的电压比公式

N₁/N₂=U₁/U₂

可知，变压器一次、二次电压与其匝数成正比，电压高的一次绕组N₁匝数多，电阻也就大；而电压低的二次绕组N₂匝数少，电阻也就小。

所以可以用万用表分别测量一次、二次的电阻来判断，例如一只220/12V变压器，阻值大的就是～220V绕组，阻值小的就是～12V绕组。