第3个回答 2021-05-18
2-17. 变压器的原理是什么？
答：变压器由初级绕组（绕组又叫线圈，初级又叫原边、一次）、次级绕组（又叫副边、二次）、和铁芯构成。大型电力变压器还有外壳、油枕、散热油管、引线瓷瓶等构件。
小型变压器的初级绕组和次级绕组都是漆包线绕制而成，都绕在铁芯上，因为铁芯必须闭合成环状才能工作，所以一般绕组都是绕到胶木板或纸板制成的线架上，再把铁芯穿进去。最后线圈和铁芯成为套在一起的两个环，和两节的锁链很相似。
工作原理是：当初级绕组接入交流电时（必须是交流电，通入直流电变压器不工作），在铁芯中产生了交变磁场，这个交变磁场在次级绕组中感应出交变电动势，如果次级接上负载形成回路就有电流了，但次级的电流会抽走铁芯的一部分磁力线（实际是由于初次级电流有180°的相位差，所形成的磁场是相反的，相互抵消，好像是被抽走了，初级的电生磁会有90°相位差，次级的磁生电虽没有90°的相位差，但电流落后于电压90°，总共是180°），使初级电感量变小，于是，初级绕组的电流会进一步增大以弥补被次级抽走的磁力线。虽然初次级之间没有电气连接，但通过铁芯的耦合（又名：交连）会互相影响。
如果次级线圈不接负载，也就形不成回路，次级线圈中只有电动势而没有电流，次级线圈无磁场，也就不会对初级线圈产生任何影响，此时，相当于只有一个中心穿有闭合铁芯的初级线圈接在交流电上，由于铁芯的存在，这个线圈的电感量很大，与电感量成正比的阻抗（此处是感抗）也很大，线圈流过的电流就会很小，这种状态叫“空载”。
假如把铁芯拿掉一部分，让磁路形不成环状，再通电实验，电流就会大很多。这是因为磁回路磁阻的增大（空气的磁阻是硅钢片磁阻的10000倍左右），铁芯中的磁力线减小很多（也就是磁通变小），电感量变小，阻抗变小的缘故。
把铁芯全部拿掉通电，一会儿线圈就冒烟烧毁了。哪怕通电一秒钟立即断电，线圈也会烫手。所以有这样的说法：交流电对付电压靠电感，直流电对付电压靠电阻。
变压器的损耗（也就是发热）有两种，铜损和铁损。铜损是线圈发热，取决于线圈的电阻（正比）和电流（平方值正比）的大小；铁损是铁芯发热，原因有两个，一个是磁滞效应，取决于硅钢片质量；另一个是铁芯涡流，和硅钢片电阻和厚薄有关，硅钢片电阻越大、越薄则铁芯涡流越小。含硅4%的硅钢片电阻较大，磁阻最小，性价比最高。
当交流电通过电感（原边线圈）元件时，由于自感的作用，元件中的电流会落后于电压90度的电角度（也可以用频率说：四分之一周，或用角频率说：二分之一个π，一回事），铁芯中磁场的变化与原边线圈的电流变化是同步的，也落后于原边电压90度的电角度，副边线圈所产生电动势与铁芯中磁场的变化也是同步的，也落后于原边电压90度，但副边线圈也是电感元件，也有自感的作用，当接入负载有电流时，副边线圈的电流还要落后副边电动势（与磁场同步）90度的电角度。两个90度叠加就是180度。正因如此，原边电流与副边电流是反相的，所产生的磁场是是互相抵消的。
变压器基本原理简要说明：原边（线圈）产生（铁芯里的）磁场，是动电生磁，副边消耗磁场，是动磁生电，副边消耗磁场越多，磁力线就越少，原边只有加大电流多生磁才能维持平衡。
2-18.如何简单地设计变压器？
答：步骤如下：
1.确定各路负载的电压和功率并算出电流。
（使用P=UI（功率=电压×电流），先决定副边负载的参数才能定其他。）
2.按80%的效率算出总功率，并计算原边电流。
（变压器有发热损耗，大变压器损耗小可达99%，小变压器效率80%左右。）
3.根据总功率计算铁芯截面积，并选定硅钢片的规格。
（将总功率开方，乘以系数（500W以上为1.25，100W以上为1.3，30W以上为1.5，10W以上为1.8，10W以下为2），得出硅钢片的横截面积的平方厘米数）
4.根据铁芯截面积算出每伏圈数。
（将系数45，除以硅钢片的截面积，得出每伏圈数）
5.根据每伏圈数乘各路电压，算出每个线圈的匝（圈）数。
（将每伏圈数乘以绕组电压值，就是该绕组的匝数）
6.按2.5A/mm2的载流量，选择漆包线截面积和线径。
（连续工作的变压器按2.5A/mm2的载流量，间歇工作的变压器按4.5A/mm2的载流量选用漆包线）
7.计算窗口是否能够容得下，容不下就要更换大号铁芯或增加铁芯叠厚，重新计算（同样规格的铁芯，在叠厚增加之后，铁芯截面积增大，每伏圈数减少，各个线圈的圈数均减少，原来的窗口就可以绕下了）。
下面举一实例说明：
想搞一台安全行灯（手提式工作灯）变压器，是220V变36V和12V两组输出的。36V的一组要 点亮2盏60W灯泡，12V要点亮2盏汽车大灯的远光溴钨灯（每盏60W）。设计如下：
1. 36V一路的功率=60W×2=120W，12V一路的功率=60W×2=120W，合计240W。36V的电流=120W÷36V=3.33安，12V的电流=120W÷12V=10安。
2.总功率=240W÷80%=300W，原边（220V）电流=300W÷220V=1.36安
3.铁芯截面=300W开方×1.3（1.3是系数，100W以上是1.3，100W以下是1.5，30W以下是1.8，变压器越小，系数越大）=17.32×1.3=22.5（cm2），可选用5厘米舌宽的山一型硅钢片，叠厚4.5厘米。
4.每伏圈数=45（45是系数）÷22.5（cm2）=2（匝），每伏绕2匝。
5.初级220V，绕440圈；次级36V,绕76圈（72圈加5%）；次级12V,绕25圈（24圈加5%）。
6.原边（220V）导线截面=1.36安÷2.5A/mm2=0.54 mm2
原边（220V）导线直径=4×0.54 mm2÷π的结果再开方=Ф0.83 mm
副边（36V）导线截面=3.33安÷2.5A/mm2=1.33 mm2
副边（36V）导线直径=4×1.33 mm2÷π的结果再开方=Ф1.3 mm
副边（12V）导线截面=10安÷2.5A/mm2=4 mm2
副边（12V）导线直径=4×4 mm2÷π的结果再开方=Ф2.25 mm
总之，设计原则是：根据总功率算铁芯大小，根据铁芯截面尺寸算每伏圈数，每伏圈数乘电压等于各个线圈的圈数，根据电流大小选漆包线规格。本回答被网友采纳