03.03 變壓器的輸入端為什麼不會短路?

漸霜風緊


題主提這個問題時,應該是忽略了變壓器其實是在交流電下工作的,所以不會短路。至於為什麼,我想系統地闡述一下,以幫助題主回顧高中的知識,並進一步加深對電路知識的理解。

首先,我們來了解一下,什麼是短路。我們在學初中物理時最早接觸短路的概念,電源不接任何負載,直接接一根導線連通正負極,則電源就會短路,有可能燒壞電源,並引起危險。也就是說,電路接上負載才不會短路,而初中時,負載其實就等於電阻。其實,從高中以後,電路中就很少講電阻了,取而代之的是“阻抗”,阻抗其實就是阻止電路中電流過大的器件,有阻抗的用電器有很多,比如電熱棒,充電寶,電風扇等等。短路的本質就是,電路中阻抗為零或接近零。在電路中,最基本的阻抗有三種:電阻、電容和電感。

首先說一下電阻電路,如下面兩個圖所示。電阻說白了就是一條很長很細導電能力很差的導線,電荷無論從哪一端經過電阻時,阻抗都是一樣的。就好比你走一條平坦的路,無論是從這頭走到那頭,還是從那頭走到這頭,做的功都是一樣的。因此,如果電路中,只有電阻,那麼無論這個電路是在交流電還是直流電下,它都是有阻抗的,並且它的阻抗在兩種電流下都是一樣。

再來說一下電容電路,如下面兩個圖所示。最簡單的電容器由兩塊平行金屬板組成,兩塊金屬板之間是介電層,也就是絕緣層,電荷一般是無法通過絕緣層的,因此兩金屬板之間是沒有電流了。這時,電路如果接的是直流電源,那麼整個電路就相當於斷路,也就是電路的阻抗無限大。

可是,為什麼電路如果接的交流電,就相當於短路,也就是阻抗無窮小呢?是不是接上交流電,電容就導通了呢,兩塊金屬板之間就有電荷流動了呢?注意,電荷是不能在絕緣體流動的,就算接上交流電,兩塊金屬板間也是沒有電荷移動的,就是沒有電流。那為什麼說電容接交流電相當短路呢?這是因為,電容有一個充放電的功能,當接通電源時,正負電荷會迅速在電容器的兩塊金屬板間聚集,假如這時候,左邊的金屬板聚集的是正電荷,右邊的金屬板聚集的是負電荷,因為是交流電,當電壓反向時,左右兩邊的正負電荷就要互換位置,這時電荷就會在電路中流動,形成電流,當交流電頻越高時,左右金屬板的電荷互換位置的頻率也就越高,電流也就越大,電容表現出來的阻抗也就越小,當交流電的頻率達到一定程度,電容幾乎無阻抗,電路也就短路了。

最後說一下電感電路,如下面兩個圖所示。當電感電路接直流電源時,由於電路中沒有電流的變化,所以電感處也沒有磁場的變化,電感只是相當於一要導線,因此,電路阻抗為0,電路短路。

如果電感電路接入的是交流電源,所以通過電路的電流不斷地在變化,也就是通過電感的電流不變地在變化,由於電流產生磁場,與就是通過電感的磁場在不斷地變化。由楞次定律,電感本身會產生一個阻礙磁場變化的感生磁場,阻礙磁場的變化,也就是阻礙電路電流的變化,導致電路的電流不會變得太大。也就是說,電感在交變的電場下,產生一個較大的阻抗,阻礙電路的電流變化,所以接交流電的電感電路是有阻抗的,它不會短路,這也是變壓器的輸入端不會短路的原因。

總結一下,簡單電路中只有下圖三種電路會短路。

變壓器的工作原理圖如下,題主可以按上面的方法分析一下,變壓器的輸入端會不會短路。



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提問者問,變壓器工作時,初級線圈和次級線圈皆有電流流過,次級線圈是因為接有負載而不會短路,那麼初級線圈沒有接負載,直接接入交流電,為何不會發生短路呢?下面我們就來解釋一下電源變壓器的初級線圈直接接入交流電源不會發生短路的原因。

電源變壓器的構造如上圖所示,其初級線圈和次級線圈一般都纏繞在導磁良好的硅鋼片或鐵氧體磁芯上,這樣變壓器的初級線圈可以視為下圖所示的電感。


我們知道,電感線圈的阻抗是由線圈的直流電阻R和感抗XL兩部分組成的。我們用歐姆表測量一個變壓器的初級線圈的直流電阻R可能只有幾十歐,但是這個初級線圈的感抗可能達數亨,若將其接入交流電源中,由於初級線圈的感抗XL較大,此時流過變壓器初級線圈的電流並不大,故不會發生短路。下面我們介紹一下變壓器初級線圈感抗XL的計算方法。這裡假定上圖所示的電源變壓器的初級線圈的電感量為6H,交流電頻率為50Hz,根據感抗的計算公式XL=2πfL,可以計算出該電源變壓器初級線圈的感抗XL=2π·50Hz·6H=1884Ω。若將其接入220V/50Hz的交流電源中,此時若不考慮變壓器次級線圈的影響,則流過該變壓器初級線圈的電流為220V/1884Ω=0.1167A。

由此可見,電源變壓器的初級線圈的直流電阻雖然較小,但由於初級線圈的感抗較大,故變壓器初級線圈接入交流電源中不會發生短路。


創意電子DIY分享


很高興回答你這個問題,正好是我的專業,我詳細的來介紹一下。

現在我們所用的變壓器,大部分都是電磁感應原理,拿兩圈、三相變壓器來舉例子,它的輸入端輸出端的接法有星星接法,星角接法,角星接法。

我們用的市電、民用電,一般的都是從10kV變到400V,它用的就是角星接法,一個315kVA的乾式變,它的高壓端內阻約為3歐姆左右,低壓端內阻約為2豪歐左右。所以變壓器輸出端相間也是聯通的,你所說的輸出端有負載,才不會導致短路,這麼理解也是錯誤的。

那原因到底是什麼呢?因為變壓器是能量傳遞設備,交流電接到變壓器的初級線圈上之後,線圈中流過大小、方向不斷變化的交變電流,鐵心中產生大小、方向不斷變化的交變磁通,這個線圈就會產生感應電壓,這個感應電壓和線圈所加的交流電壓大小几乎相等、方向相反,幾乎完全抵消,流過線圈的電流非常小,一般為毫安級別,這個微小的電流只是用來維持鐵芯中的磁通。\r

因此,無需擔心會導致短路。這個時候,歐姆定律不再適用,適用的是法拉第電磁感應定律。





電氣一線工作者八千里


在交流電路中有三種負載,分別是由線圈繞組形成的稱為電感性負載,另一種是由容形成的容性負載,還有一種是電阻性負載,變壓器的初級線圈就是一種電感性負載,變壓器通入交流電時初級繞組中產生交變磁場,次級繞組中受交變磁場的切割而產生電壓,變壓器就是一個由電變磁場,再由磁場變電的過程


門泊東吳萬里船


一般變壓器是通交流電的

線圈通交流電產生變化的磁場,磁場的變化在線圈中產生反電動勢,反電動勢抵消了輸入的電壓,所以不會短路。

如果是直流電,在磁場沒有飽和之前有反電動勢存在也不是短路。磁場飽和之後反電動勢消失,電流就會變得很大燒燬線圈。

開關電源就是直流電源工作的,在飽和之前切換方向。


投條啄木鳥


這都是初中物理應當講過的吧,電能的轉換而消耗了大量電能,火與地之間相當於連接一個阻值很的電阻。因為線圈中的電能轉換了磁能和線圈的長度也有些阻值,只是微不足到的。最後迴路電壓減少一定的數值,所以不會短路。可能我說的不對,請懂行的老師們指正。

謝謝!


青竹長青君者


當絕緣被破壞或運行過載就有可能出現問題,一個完整的系統的變壓器電路一次輸入和二次輸出都是有繼電保護裝置的,實際上事故很少發生,但是也不是絕對的。


退伍一炮兵


變壓器的輸入端是三角形連接,三個線組首尾端互相連接形成通路,所以,不會短路。


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