汽车变压器及应用-汽车电工电子技术

变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电器设备，用于将某一数值的交流电压或电流变换为同频率的另一数值的交流电压或电流，即具有变换电压、变换电流、变换阻抗的功能，在电力系统和电子线路中广泛应用。它的用途可归纳为：经济地输电，合理地配电，安全地用电。

1.变压器的基本结构

变压器主要由铁心和绕组（又称线圈）两大部分构成，其原理如图3-12 所示。

图3-12　变压器原理图

1）铁 心

铁心是构成变压器的磁路。为了减少铁损，提高磁路的导磁性能，一般由0.35～0.55 mm的表面绝缘的硅钢片交错叠压而成。

2）绕 组

绕组即线圈，是变压器的电路部分，用绝缘导线（漆包线）绕制而成。用硅钢片叠压成的变压器铁心与电源相接的是一次绕组（原绕组），匝数为N1；与负载相接的是二次绕组（副绕组），匝数为N2。变压器的绕组与绕组之间、绕组与铁心之间均相互绝缘。

2.变压器的工作原理

如图3-13 所示，当一次绕组接上交流电压时，一次绕组中便有电流通过。一次绕组的磁路产生的磁通绝大部分通过铁心而闭合，从而在二次绕组中感应出电动势。如果二次绕组接有负载，那么二次绕组中就有电流通过。二次绕组也产生磁通，其绝大部分也通过铁心而闭合。因此，铁心中的磁通是由一次、二次绕组的磁通势共同产生的合成磁通，它称为主磁通，主磁通穿过一次绕组和二次绕组而在其中分别感应出电动势。

图3-13　变压器的工作原理

1）变压器的空载运行与变换电压

交变的磁通穿过N1和N2时，分别在两个线圈中感应电压

式（3-14）中，k 称为变压比，简称变比。显然，改变线圈绕组的匝数即可实现电压的变换。且k＞1 为降压器，k＜1 时为升压器。

2）变压器的有载运行与变换电压

变压器的有载运行与变换电流变压器负载运行时，一次侧电流由i0变为i1，二次侧产生负载电流，而电压u20相应变为u2，如图3-13 所示。

根据主磁通原理，只要电源电压和频率不变，铁心中的工作主磁通Φ 的数值将维持不变。因此，一次侧电流i0相应增大为i1，一次侧磁动势也增大为I1N1，增大的部分恰好与二次侧磁动势相平衡。此时的磁动势方程式为

变压器铁心的磁导率很高，因此满足工作主磁通需要的磁动势，I0N 很小，和I1N1相比可忽略不计，所以磁动势平衡方程式又可改为

由上式得

变压器在能量传递过程中损耗很小，因此一次侧和二次侧的容量近似相等，有

(www.xing528.com)

能量传递过程中，变压器在变换电压的同时也变换了电流。

3）变压器的阻抗变换作用

设变压器二次侧所接负载为ZL，一次侧等效输入阻抗为|Z1|，则有

将变压器的变压比公式和变流比公式代入上式得

由式（3-18）可得：只要改变变压器的匝数比，即可获得合适的二次侧对一次侧的等效阻抗|Z1|。式中k2称为负载阻抗折算到一次侧时的变换系数。

【例3】 有一台降压变压器，一次绕组电压为220 V，二次绕组电压为110 V，一次绕组为2 200 匝，若二次绕组接入阻抗值为10 Ω。试求：（1）该变压器的变压比。（2）一次绕组阻抗。（3）二次绕组的匝数。（4）一、二次绕组中的电流是多少？

解：（1）变压器的变压比为

（2）相当于直接在一次绕组接上的负载：

（3）二次绕组匝数为

（4）二次绕组中电流为

一次绕组中电流为

【例4】 设交流信号源电压U=100 V，内阻 R0=800Ω，负载 RL=8Ω。

（1）将负载直接接至信号源，负载获得多大功率？（2）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？变压器变压比是多少？

解：（1）负载获得功率为

（2）最大输出功率时，RL折算到原绕组应等于 R0=800Ω。负载获得的最大功率为

（3）变压器变压比为