1.1 變壓器的基本工作原理
變換電能以及把電能從一個(gè)電路傳遞到另一電路的靜止電磁裝置稱(chēng)為變壓器。在交流電路中,借助變壓器能夠變換交流電壓、電流和波形。每次變換通常是能量通過(guò)電磁方式傳遞到另一電路,而與該電路無(wú)直接聯(lián)系。但也可通過(guò)電磁—電的方式進(jìn)行變換 , 這種變壓器即稱(chēng)為自耦變壓器。
應(yīng)該指出,變壓器同時(shí)變換的不是一個(gè)而是幾個(gè)電參數(shù)。例如,在變換電壓時(shí),電流同時(shí)也產(chǎn)生變化。
變壓器在電子設(shè)備中占有很重要的地位,電源設(shè)備中交流電壓和直流電壓幾乎都由變壓器通過(guò)變換、 整流而獲得。在電路的隔離、匹配及阻抗變換等方面絕大多數(shù)是通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
簡(jiǎn)單的變壓器原理圖示于圖1-1。它由閉合的導(dǎo)磁體( 鐵心 )和二個(gè)繞組組成。其中一個(gè)繞組與交流電源相連接 ,我們稱(chēng)其為初級(jí)繞組；另一繞組與負(fù)載相連,該繞組稱(chēng)作次級(jí)繞組。
首先研究變壓器的空載狀態(tài)即次級(jí)繞組與負(fù)載斷開(kāi)的狀態(tài)(圖1-2)。如果初級(jí)繞組與交流電壓為U1的電源相連，在該繞組中將產(chǎn)生交變電流I0,該電流稱(chēng)作空載電流。這個(gè)電流建立了沿鐵心磁路而閉合的交變磁通Φ0,它同時(shí)穿過(guò)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組,并在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。按電磁感應(yīng)定律,其有效值為
E1=4KΦfN1 Bm Sc×10-4 (1—1)
E2=4KΦfN2 Bm Sc×10-4 (1—2)
式中 E1—初級(jí)自感電勢(shì)(V)；
E2—次級(jí)互感電勢(shì)(V)；
KΦ—電壓的波形因數(shù),對(duì)于正弦波, KΦ=1.11,對(duì)于方波, KΦ=1；
f—交流電源的頻率(Hz)；
N1—初級(jí)繞組的匝數(shù)；
N2—次級(jí)繞組的匝數(shù)；
Bm—磁感應(yīng)強(qiáng)度振幅值(T)；
Sc—鐵心有效截面積(cm2)。
由式(1—1)和式(1—2)可見(jiàn),繞組中的感應(yīng)電勢(shì)正比于該繞組的匝數(shù)。將式(1—1) 除以式(1-2) 得：
E1 N1
E2 = N2 (1—3)
如果忽略初級(jí)繞組和鐵心的損耗, 并假定所有磁通都沿著鐵心的磁路而閉合, 則在初級(jí)繞組中的磁通Φ0所產(chǎn)生的自感電勢(shì)E1, 按楞次定律, 其數(shù)值與所加電壓相等, 而其符號(hào)相反, 即
U1 = -E1 (1—4)
實(shí)際上, 變壓器空載電流 ,除了為在變壓器鐵心中建立磁通Φ0 所需的磁化分量 IΦ 之外,還包括由于鐵心損耗所引起的有功分量IC ,因此 ,空載電流
I0 = IΦ+IC (1—5)
此外,變壓器初級(jí)繞組具有直流電阻 r1 ,因而在初級(jí)繞組中產(chǎn)生有功電壓降Δu1
Δu1 = I0rl = -Ea1 (1—6)
式中 Ea1—為補(bǔ)償初級(jí)繞組電壓降而假定的電動(dòng)勢(shì)。
流過(guò)初級(jí)繞組的電流 ,不僅建立沿鐵心的磁路閉合的主磁通Φ0 , 而且建立沿空氣閉合的漏磁通Φsl (圖 1—2),這個(gè)漏磁通在初級(jí)繞組中感應(yīng)漏電勢(shì), 即
Es1 = I0Xs1 (1—7)
式中 Xs1—初級(jí)繞組的漏感抗。
根據(jù)電動(dòng)勢(shì)相平衡的定律, 外施電壓U1 應(yīng)與 E1 、 Ea1 和 Es1 的矢量相平衡, 即
U1 = -( E1+Ea1+Es1)
=-E1+I0r1+I0Xs1 (1—8)
待續(xù)...
