变压器的作用、种类和工作原理
变压器的作用、种类和工作原理
第一节 变压器的作用、种类和工作原理
一、变压器的用途和种类
1.变压器的用途
变压器是一种能将某一种电压电流相数的交流电能转变成另一种电压电流的交流电能的电器。
在生产和生活中，经常会用到各种高低不同的电压，如工厂中常用的三相异步电动机，它的额定电压是380V或220V；照明电路中要用220V；机床照明，行灯等只需要36V、24V甚至更低的电压；在高压输电系统中需用110kV、220kV以上的电压输电。如果我们用很多电压不同的发电机来供给这些负载，不但不经济、不方便，亊实上也不可能办到。为了输配电和用电的需要，就要使用变压器把同一交流电压变换成频率相同的不同等级的电压，以满足不同的使用要求。
变压器不仅用于改变电压，还可以用来改变电流（如变流器、大电流发生器等）、改变相位（如改变线圈的连接方法来改变变压器的极性或组别）、变换阻抗（电子电路中的输人、输出变压器）等。
总之，变压器的作用很广，它是输配电系统、用电、电工测量、电子技术等方面不可缺少的—项重要电气设备。
2.变压器的种类
变压器的钟类很多，按相数可分为单相、三相和多相变压器（如ZSJK、ZSGK、六相整流变压器）。
按结构型式可分为芯式和壳式。
按用途可分为如下几类：
（1）电力变压器，这是一种在输配电系统中使用的变压器，它的容量可由十万千伏安到几十万千伏安，电压由几百万伏到几十万伏。
（2）特殊电源变压器，如电焊变压器。
（3）量测变压器，如各种电流互感器和电压互感器。
（4）各种控制变压器。
二、变压器的工作原理
变压器的基本工作原理是电磁感应原理。图3-1所示是一个最简单的单相变压器。其基本结构是在闭合的铁芯上绕有两个匝数不等的绕组（又称线圈）所组成。在绕组之间、铁芯和绕组之间均相互绝缘，铁芯由硅钢片叠成。
现将匝数W1的绕组与电源相连，称该绕组为原绕组或初级绕组。匝数为W2的绕组通过开关K与负载相连，称为副绕组或次级绕组。当合上开关K，把交流电压U1加到原绕线W1上后，交流电流I1，流入该绕组就产生励磁作用，在铁芯中产生交变的磁通Φ不仅穿过原绕组，同时也穿过副绕组，它分别在两个绕组中引起感应电动势。这时如果开关K合上，W2与外电路的负载相连通，便有电流I2流出，负载端电压即为U2，于是输出电能。
根据电磁感应定律可得出
原绕组感应电动势E1=4.44∫W1ΦM
副绕组感应电动势E2=4.44∫W2ΦM
式中：ΦM表示交变主磁通的最大值
原绕组的感应电动势E1就是自感电动势。如略去原绕组的阻抗压降不计，则电源电压与自感电动势的数值相等，即U1=E1，但方向相反。
副绕线的感应电动势E2是由于原绕组中电流的变化而产生的，称为互感电动势，这种现象称为互感。
由于E2的存在，副绕组成为一个频率仍为∫的新的交变电源。在空载（K波打开情况）下，副绕组的端电压U2=E2。两绕组的电压比为
式中：KU＞W2时，KU＞1，此时U1＞U2，即变压器的出线电压低，这种变压器叫降压变压器。当W1＜W2时，KU＜1，此时，U1＜U2，即变压器的出线电压比进线电压高，这种变压器叫升压变压器。
当将上图开关合上，此时在电压U2作用下次级流过电压I2，这样通过实验又得出
式中：K1称为变压器的变流比。
以上这些式子是变压器计算的关系式。总之，一台变压器如果工作电压设计得越高，绕组匝数就绕得越多，而通过绕组内的电流越小，导线截面可选用的就越小。反之，工作电压设计得越低，绕组匝数就越少，通过绕级的电流则越大，导线截面就要选得越大。
通常，我们可以根据变压器截面的粗细来判断出哪个是髙压绕组（导线截面细），哪个是低压绕组（导线截面粗）。