变压器是如何改变电压的？

变压器是通过电磁感应原理制成的，通过改变初次级线圈的匝数比来实现升压或降压的作用。下面请看详细介绍。

变压器的工作原理

降压型变压器是我们最为常见的变压器，如上图，通常只有一个铁芯和两个线圈组成，其中接交流电源的线圈绕组称为初级线圈，另一个接负载电路的绕组为次级线圈。当初级线圈通过交流电源之后，会在铁芯中产生交变磁通，而处在交变磁通中的二次线圈就会产生感应电动势，接通负载后就会有感应电流产生。

变压器的输入输出电压由变压比决定，表示初级绕组和次级绕组匝数的关系，降压变压器初级线圈的匝数大于次级线圈，而升压变压器的初级线圈匝数小于次级线圈。理论上来讲，变压器的输入功率等于输出功率，但实际上在变压过程中总会存在损耗，比如铁芯损耗和漏磁。

总的来说，交流电通过初级线圈产生变动的磁场，然后次级线圈在磁场中再感应出电动势，就是一个电生磁，磁再生电的过程。

变压器是如何改变电压的?

●变压器是将一种交流电压变换成频率相同而电压不同的另一种交流电压的静止电气设备。变压器的应用范围异常广泛,在电力系统中常用它来升高电压减小电流,以降低输电过程中的功率损耗和节约输电线路有色金属的消耗;用户又用变压器来降低电压,以保证用电过程的安全。

●上述变压器称为电力变压器。在电子设备中的变压器,除用来变换电压外,还常用它来变换阻抗,传递信号。例如输出变压器、耦合变压器等。根据变压器的用途和结构上的不同,它可分电力变压器、自播变压器、电压互感器、电流互感器、电焊变压器等多种。从品种上讲虽名目繁多,但其工作原理是相同的,均属于铁心线圈在交流电路中的应用。故在讨论变压器之前,首先对具有铁心线圈的交流电路作简单的分析。

●含有铁心线圈的交流电路:

变压器、交流电动机、交流电磁铁等电气设备,在工作过程中都需要依靠磁通来传递或转换能量,这个磁通称为主磁通,也叫工作磁通,用Φ表示。Φ由线圈中的励磁电流产生。下图所示为铁心线圈电路。

上图为单相变压器工作原理示意图图形符号图, 图中箭头表示电路中电压、电流和电动势的正方向。对含有铁心线圈的交流电路,现从以下三方面进行分析。

一、电磁关系

●上述电路在正弦电压作用下,线圈中便有电流i通过,当电流通过匝数为N的线圈时会产生磁通势iN,由于铁心的磁导率远远,大于空气的磁导率,所以绝大部分磁通将沿铁心而闭合,这部分沿铁心闭合的磁通称为主磁通(工作磁通),用Φ表示。此外,还有极少部分磁通,经过空气而闭合,这部分磁通称为漏磁通,用Φs表示。见下图所示。

这两部分磁通将分别在线圈中产生感应电动势即主磁电动势e和漏磁电动势es,其电磁关系可表示为:

u→i(iN)→Φ→e=-N*dΦ/di

u→i(iN)→Φs→es=-N*dΦs/dt

=-Ls*di/dt

因为漏磁通经过空气而闭合,所以励磁电流i与 Φs之间成线性关系,其电感量为常数,用常数Ls表示铁心的漏磁电感。由上式可知, Ls=NΦs/i,故其电磁关系可进一步用es=-Ls*di/dt表示。

由于铁心的磁导率不为常数,故励磁电流i与主磁通 之间不存在线性关系,即主磁电感工不为常数,其电磁关系一般只能用e=-N*dΦ/di进行分析和计算。

二、电压与电流关系:

●由克希荷夫电压定律可知，在任何瞬间含有铁芯线圈电路中的电动势平衡关系为

u+e+es=Ri 或 u=Ri+(-es)+(-e) 式中的R为线圈的电阻。

则 u=Ri+Ls*di/dt+N*dΦ/dt

上式说明，在含有铁芯线圈的交流电路中，外加电压u应与下述三个分量平衡。得出U≈E

E=Em/√2=2π/√2*fNΦm=4.44fNΦm。

●简单表述为，变压器的一次侧与二次侧绕组线圈的匝数不同，则会有变压比不同，即电压比或者说（变压器变比）(知足常乐于湖北钟祥)。变压器的两组绕组匝数分别用N1和N2（N1为一次绕组、N2为二次绕组）；在一次绕组上施加一个外加交流电压，则在二次侧绕组上会产生感应电动势。若N2>N1，则这个感应电动势比一次绕组上的电压还要高，此时变压器则构成升压变压嚣；若N2<N1，此变压器则为降压变压器。一、二次绕组的电压与线圈匝数的关系为U2/U1=N2/N1=K 式中k……匝数比 U1……一次侧电压 U2……二次侧电压。

知足常乐于湖北钟祥市2020.2.4日