變壓的原理是什麼?

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變壓器是用在交流電路中起著電壓變化、電流變化、阻抗變化、隔離等作用的,在開關電源、直流穩壓電源中非常常見,變壓器是一種電磁元器件,主要由初級線圈、鐵芯和次級線圈構成。其中鐵芯一般由硅鋼片構成,最常用的是“E”字形的。初級線圈和次級線圈分別纏繞在鐵芯的兩個臂上,其結構圖和工作原理圖如下圖所示。


變壓器的工作原理詳解

變壓器是利用電生磁、磁生電原理來構成的,變化的電流產生磁場,而磁場又產生電場。

電場生磁場的過程

所以交流電在初級線圈中變化時,會在鐵芯中產生磁場,電流方向和磁場方向的關係可以根據右手定則來確定;

磁場生電場的過程

而磁場又會在次級線圈中產生電流,磁場和電流的關係通過右手定則來確定。所以,磁場將電場過度了一下起到了過度作用。兩邊電流的關係與線圈的匝數相關。

變壓器的匝數比

變壓器鐵芯兩邊線圈匝數的不同,那麼輸出端的電壓和電流也不相同,其中電壓與匝數成正比,電流與匝數成反比,如果用U表示電壓,I表示電流,N表示匝數,則滿足如下關係:UP/US=NP/NS;IP/ IS=NS/NP,其中P代表初級、S代表次級。

不同形式的變壓器如上圖所示。

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變壓的原理是什麼?

♥變壓是利用含有鐵芯的線圈變壓器,按照電磁感應電動勢的工作原理,將交流電壓變換成頻率相同而電壓不同的另一種交流電壓的靜止電氣設備。見下圖所示。

●變壓器在工作過程中都需要依靠磁通來傳遞或轉換能量,這個磁通稱為主磁通,也叫工作磁通,用φ表示。φ由線圈繞組中的勵磁電流產生。見下圖所示。




●上圖為鐵芯線圈電路,圖(a)為變壓器圖形符號,(b)為有鐵芯線圈的交流電路示意圖。圖中箭頭→表示電路中的電壓、電流和電動勢的方向。下面從三個方面進行分析。

一、電磁關係

●上述電路在正弦電壓作用下,線圈中便有電通過匝數為N 的線圈時會產生磁通勢 iN。由於鐵芯的導磁率遠大於空氣的磁導率,所以絕大部分磁通將沿鐵心而閉合,這部分沿鐵心閉合的磁通稱為主通(工作磁通),用示φ表示。此外還有極少部分磁通,經過空氣而閉合,這部分磁通稱為漏磁通,用φs表示。見上圖(b)所示,這兩部分磁通將分別在線圈中產生感應電動勢即主磁電動勢e 和漏磁電動勢 es。

●變壓器的空載運行→電壓變換,見下圖所示。

●變壓器的原繞組接在額定電壓為 U1n的交流電源上,副繞組處於開路狀態稱為變壓器的空載運行。在外加正弦電壓 u1n的作 用下,原繞組中便有空載電流。通過,空載電流一般很小,僅為原繞組額定電流的百分之幾(大容量變壓器為 1~3%、小容量變壓器通常不超過 10%)。空載電流 io 通過匝數為N 的原繞組,便產生磁通勢 ion1 將在鐵心中產生交變磁通,磁通的絕大部分 為沿鐵心閉合的變壓器主磁通φ,φ與原副繞組同時交鏈。此外 還有極少部分經空氣而合,且僅與原繞組相交鏈的漏磁通 φ1s;由於空氣的磁導率遠小於鐵心,故空載時原繞組的漏磁通 φ1s 是極少的。

(設主磁通為 φ= φm sinωt,則原、副繞組的感應電動勢可由上圖式求得:

E1=4.44fN1φm

E2=4.44fN2φm

●空載時變壓器的原繞組電路就是一個路。根據電動勢平衡關係式,在略去很小的漏磁電動勢和 io在原繞組電阻上的電壓降(一般兩者只佔總電壓的千分之幾)的情況下,則 U1≈E1 因為空載,I2=0,變壓器副繞組的端電壓U2≈E2,故根據計算公式得:

U1/U2o≈E1/E2=N1/N2=k

上式為變壓器的基本公式,它說明變壓器空載時,原、副組的電壓比近等於它的匝數比k,匝數比簡稱變比,是變壓器的一個重要參數,選擇適當的變比k就可以實現變換電壓的目的。

●因為漏磁通經過空氣而閉合,所以勵磁電流 i與φs之間成線性關係,其電感量為常數,用常數 Ls 表示鐵芯的漏磁電感。由於鐵芯的磁導率不為常數,故勵磁電流 i與主磁通φ之間不存在線性關係,即主磁電感L 不為常數,其電磁關係一般只能夠用

e=-N×dφ/dt進行分析和計算。

二、電壓與電流關係

●由克希荷夫電壓定律可知,在任何瞬間含有鐵心線圈電路中 的電動勢平衡關係為:u+e+es=Ri 式中R 為線圈的電阻。則 u= Ri +Ls× di/dt+N×dφ/dt 上式說明,在含有鐵心線圈的交流電路中,外加電壓u應與下述三個分量相平衡,即(1)線圈電阻上的電壓降 Ri。(2)漏磁感應電動勢 Ls×di/dt。(3)主磁感應電動勢N=dφ/dt。通常線圈的電阻R和漏磁電感Ls 其值甚小,與主磁電動勢相比較可以忽略不計。

三、功率損耗

●在交流鐵芯線圈中有兩部分損耗。線圈電阻R上有銅損耗RI²及鐵芯中的鐵損(磁滯損耗和渦流損耗)。

以上是個人認為,僅供頭條的閱讀者們參考參考一下。

知足常樂於上海2019.10.12日


知足常樂0724


變壓器的種類很多,但它們的工作原理基本上都一樣。下面我們以結構簡單的小功率電源變壓器為例,來介紹一下變壓器的基本工作原理。
▲ 電源變壓器的結構及電路符號。

小功率220V交流電源變壓器常用於各種電子產品中,用來將220V交流電變為低壓電供電路使用。這種變壓器由初級線圈、次級線圈及鐵芯(亦有用鐵氧體磁芯的)組成。變壓器的初級線圈和次級線圈皆纏繞在鐵芯上面,鐵芯一般採用硅鋼片疊壓而成,這樣可以減小渦流影響。

我們物理課都學過,磁生電,電生磁。在變化的電場周圍存在著變化的磁場。電源變壓器在工作時,其初級線圈接220V交流電,則該線圈會在鐵芯中產生交變磁通,這個交變磁通通過磁阻很小的鐵芯將磁能送給次級線圈,根據電磁感應原理,若線圈周圍存在著交變磁通,那麼該將產生感應電動勢(其大小與初次級線圈的匝數有關),若在次級線圈兩端接上負載,便會有電流流過負載。這就是電源變壓器工作的基本原理。
▲ 小功率電源變壓器。

在電子電路中,除了電源變壓器之外,常用的還有各種耦合變壓器及隔離變壓器。像老式收音機裡常用的中周,實際上也是一種變壓器;高響度喇叭裡的那個外形與工字電感一樣的線圈,實際上是一個升壓變壓器。


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電生磁、磁生電經典應用就是變壓器,因此變壓器的工作過程就是電磁相互轉換過程。變壓器的主要構成是鐵芯和套在鐵芯上的原副邊繞組,這兩個繞組是沒有實際電路關係,只有磁路耦合關係。


變壓器的工作原理

在上圖中,變壓器在原邊繞組這邊,將交流電轉換成交變磁場,此時交變磁場在變壓器的硅鋼片進行能量不斷傳遞,最後又在變壓器副邊繞組這邊,交變磁場又轉換回交流電。變壓器的工作原理基礎基於法拉第電磁感應定律。因此變壓器的電壓升降,只要原副邊繞組匝數不同,就能實現電壓的升或電壓降。

由於變壓器的原副邊的互感效應,因此變壓器的原副邊繞組會產生感應電動勢,實現電能到轉換。轉換過程中的電壓、電流滿足的關係n1/n2=u1/u2=l2/l1。其實這只是變壓器理想狀態,實際上變壓器是要考慮到功率損失的。



總上所述,變壓器的工作其實經歷三個過程,變壓器原邊繞組電生磁過程、交變磁場在鐵芯中傳遞過程、變壓器副邊繞組磁生電過程。


Talk工控小白


變壓一般通過變壓器實現。

電源變壓器是電磁元件,該元件也就是電變磁,磁再變電的過程,通過“磁”在中間轉換了一下。

一、如何定義,能不能叫做變壓器的問題

如何定義一個變壓器就是解決磁迴路的問題。舉個簡單的例子,如果直流電加在變壓器上,那麼這個變壓器就可能燒掉。為什麼呢,因為加在變壓器上的電壓隨時間不變,但磁密度是隨著時間增加的,當飽和時,變壓器的初級就只剩線圈電阻了(實際已經沒有電感成分了),線圈很快發熱燒燬。只要磁不飽和,那麼這個變壓器的定義才成立。換句話說,磁路會飽和的這個電磁元件就不能工作,所以也談不上什麼壓匝比,安匝比了。沒了意義。此電磁理論可以套用在所有電磁類型的元件上。

上圖我用“小人”代表磁力線,對於直流電來說,就那麼大面積,一直往裡加入,總有擠不進去的時候。要想再擠點人,只能加大面積,但還是有擠滿的時候。因為材料一定,磁密度B就固定了。這也是為什麼功率大的變壓器體積也大的原因。

對於合適頻率的交流電來說,“人”有進有出,永遠不會飽和。注意我的用詞是合適。太低的頻率和直流效果一樣。

有了上面的基礎,大家可以看看下面我設計的變壓器能不能叫做變壓器(以50Hz市電變壓器為例)。

二、電流磁效應及電磁感應現象

說白了就是電生磁和變化的磁場生電(注意多了個“變化”)。這就是物理現象,被偉大的物理學家發現。沒有為什麼。變壓器就是利用這兩個現象實現的。

簡單過程就是:變化電壓產生磁場,變化的磁場產生電壓。

不變化的電壓也能產生磁場,但不變化的磁場產生不了電壓。

三、變壓器壓匝比與安匝比

以下以變壓器初級是100匝,次級1匝、電源為100V1A為例。

壓匝比:初級100V100匝,次級1匝,那麼變出的電壓是1V。

安匝比:初級1A100匝,次級1匝,那麼次級能提供100A的電壓。看看,不僅變壓,連電流也變了。


雅帆十方


變壓器工作原理補充回答一下;次級負載電流大小控制著初級通過的電流大小。


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