第2个回答 2021-06-09
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。