變壓器(qì)由鐵芯(或磁芯)和(hé)線圈組成,線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組,其中(zhōng)接電源的繞組叫初級線圈,其餘的繞組叫次級線圈。它可(kě)以變換交流電壓、電流和(hé)阻抗。簡單的鐵心變壓器(qì)由一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)匝數不等的線圈構成。
鐵心的作用是加強兩個(gè)線圈間的磁耦合。為了減少(shǎo)鐵内渦流和(hé)磁滞損耗,鐵心由塗漆的矽鋼片疊壓而成;兩個(gè)線圈之間沒有電的聯系,線圈由絕緣銅線(或鋁線)繞成。一個(gè)線圈接交流電源稱為初級線圈(或原線圈),另一個(gè)線圈接用電器(qì)稱為次級線圈(或副線圈)。實際的變壓器(qì)是很複雜的,不可(kě)避免地存在銅損(線圈電阻發熱)、鐵損(鐵心發熱)和(hé)漏磁(經空氣閉合的磁感應線)等,為了簡化讨論這裡隻介紹理想變壓器(qì)。理想變壓器(qì)成立的條件是:忽略漏磁通(tōng),忽略原、副線圈的電阻,忽略鐵心的損耗,忽略空載電流(副線圈開路(lù)原線圈線圈中(zhōng)的電流)。例如(rú)電力變壓器(qì)在滿載運行時(副線圈輸出額定功率)即接近理想變壓器(qì)情況。
變壓器(qì)是利用電磁感應原理制成的靜止用電器(qì)。當變壓器(qì)的原線圈接在交流電源上時,鐵心中(zhōng)便産生交變磁通(tōng),交變磁通(tōng)用φ表示。原、副線圈中(zhōng)的φ是相同的,φ也是簡諧函數,表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應定律可(kě)知,原、副線圈中(zhōng)的感應電動(dòng)勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中(zhōng)N1、N2為原、副線圈的匝數。由圖可(kě)知U1=-e1,U2=e2(原線圈物理量用下(xià)角标1表示,副線圈物理量用下(xià)角标2表示),其複有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2,稱變壓器(qì)的變比。由上式可(kě)得U1/ U2=-N1/N2=-k,即變壓器(qì)原、副線圈電壓有效值之比,等于其匝數比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
進而得出:
U1/U2=N1/N2
在空載電流可(kě)以忽略的情況下(xià),有I1/ I2=-N2/N1,即原、副線圈電流有效值大小與其匝數成反比,且相位差π。
進而可(kě)得
I1/ I2=N2/N1
理想變壓器(qì)原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器(qì)本身無功率損耗。實際變壓器(qì)總存在損耗,其效率為η=P2/P1。電力變壓器(qì)的效率很高,可(kě)達90%以上。
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