如图6-17所示,当交流电通过变压器一次绕组时,由于铁心是导磁的,就在铁心内产生交变的磁感线。变化的磁感线通过两边的线圈,在两个线圈中产生感应电动势,而且它的频率等于一次绕组中的电流频率。
图6-17 变压器原理
简单地说,交流电流产生交变磁场,交变磁场感应出交变电压。
变压器不仅能变换交流电压,而且能变换交流电流、交流阻抗等。
(1)变换交流电压
如图6-18所示,将变压器的一次绕组接交流电源,二次绕组不接负载,空载运行。此时铁心中产生的交变磁通同时通过一次、二次绕组,一次、二次绕组中交变的磁通可视为相同。
图6-18变压器空载运行
设一次绕组的匝数为N1,二次绕组的匝数为N2,磁通为Φ,根据法拉第电磁感应定律,在变压器一次、二次绕组上的电动势分别为,因此,
忽略线圈内阻可得
(6-1)
式中,K一变压器的匝数比或变压比。
由式(6-1)可知,如果一次绕组的匝数是二次绕组的几倍,那么它的电压就是二次绕组电压的几倍;反之,如果二次绕组的匝数是一次绕组的几倍,那么它的电压就是一次绕组电压的几倍。因此,变压器一次、二次绕组的电压比等于它们的匝数比。
如果N1<N2,K<1,电压上升,称为升压变压器;如果N1>N2,K>1,电压下降,称为降压变压器;N1=N2,K=1称为隔离变压器。
在实际应用中,只要适当设计一次、二次绕组的匝数,即可任意改变变压器的输出电压。“变压器”这一名字就是这样得来的。
(2)变换交流电流
图6-19 变压器有载运行
如图6-19所示,当变压器带负载工作时,绕组电阻、铁心及涡流会产生一定的能量损耗,但是比负载消耗的功率小得多,一般情况下忽略不计,将变压器看成是理想变压器,变压器的输入功率全部消耗在负载上,即
(6-2)
式中, 变流比。
由式(6-2)可知,变压器工作时一次、二次绕组的电流跟绕组的匝数成反比,变压器不但改变一次、二次绕组的电压,而且变压器本身是一种转换设备,因而变压器还能改变一次、二次绕组的电流。
(3)变换交流阻抗
变压器负载运行时,设变压器一次绕组输入阻抗为Z1,二次绕组负载阻抗为Z2,即
Z1=K2Z2 (6-3)
说明变压器二次绕组接上负载Z2时,相当于一次绕组上接一个K2Z2的负载。变压器变换阻抗的特性在电子技术中常用来实现阻杭匹配,使负载阻抗和信号源内阻相等,从而使负载获得最大功率。比如在学校的广播设备中,常用变压器使功放与高音扬声器(俗称高音喇叭)阻抗匹配,使高音扬声器发出的声音最大。
知识点词条:变压器的基本工作原理