變壓器的(de)工作原理

　　變壓器由鐵芯(或磁芯)和(hé / huò)線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以(yǐ)上(shàng)的(de)繞組，其中接電源的(de)繞組叫初級線圈，其餘的(de)繞組叫次級線圈。它可以(yǐ)變換交流電壓、電流和(hé / huò)阻抗。最簡單的(de)鐵心變壓器由一(yī / yì ／yí)個(gè)軟磁材料做成的(de)鐵心及套在(zài)鐵心上(shàng)的(de)兩個(gè)匝數不(bù)等的(de)線圈構成。

　　鐵心的(de)作用是(shì)加強兩個(gè)線圈間的(de)磁耦合。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)減少鐵内渦流和(hé / huò)磁滞損耗，鐵心由塗漆的(de)矽鋼片疊壓而(ér)成;兩個(gè)線圈之(zhī)間沒有電的(de)聯系，線圈由絕緣銅線(或鋁線)繞成。一(yī / yì ／yí)個(gè)線圈接交流電源稱爲(wéi / wèi)初級線圈(或原線圈)，另一(yī / yì ／yí)個(gè)線圈接用電器稱爲(wéi / wèi)次級線圈(或副線圈)。實際的(de)變壓器是(shì)很複雜的(de)，不(bù)可避免地(dì / de)存在(zài)銅損(線圈電阻發熱)、鐵損(鐵心發熱)和(hé / huò)漏磁(經空氣閉合的(de)磁感應線)等，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)簡化讨論這(zhè)裏隻介紹理想變壓器。理想變壓器成立的(de)條件是(shì)：忽略漏磁通，忽略原、副線圈的(de)電阻，忽略鐵心的(de)損耗，忽略空載電流(副線圈開路原線圈線圈中的(de)電流)。例如電力變壓器在(zài)滿載運行時(shí)(副線圈輸出(chū)額定功率)即接近理想變壓器情況。

　　變壓器是(shì)利用電磁感應原理制成的(de)靜止用電器。當變壓器的(de)原線圈接在(zài)交流電源上(shàng)時(shí)，鐵心中便産生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的(de)φ是(shì)相同的(de)，φ也(yě)是(shì)簡諧函數，表爲(wéi / wèi)φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應定律可知，原、副線圈中的(de)感應電動勢爲(wéi / wèi)e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2爲(wéi / wèi)原、副線圈的(de)匝數。由圖可知U1=-e1，U2=e2(原線圈物理量用下角标1表示，副線圈物理量用下角标2表示)，其複有效值爲(wéi / wèi)U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的(de)變比。由上(shàng)式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線圈電壓有效值之(zhī)比，等于(yú)其匝數比而(ér)且原、副線圈電壓的(de)位相差爲(wéi / wèi)π。

　　進而(ér)得出(chū)：

　　U1/U2=N1/N2

　　在(zài)空載電流可以(yǐ)忽略的(de)情況下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副線圈電流有效值大(dà)小與其匝數成反比，且相位差π。

　　進而(ér)可得

　　I1/ I2=N2/N1

　　理想變壓器原、副線圈的(de)功率相等P1=P2。說(shuō)明理想變壓器本身無功率損耗。實際變壓器總存在(zài)損耗，其效率爲(wéi / wèi)η=P2/P1。電力變壓器的(de)效率很高，可達90%以(yǐ)上(shàng)。