变压器的运行原理

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变压器

一个 变压器 是一种静态 电气设备，用于在恒定频率下提高或降低交流电源的电压等级，并相应地降低或提高电流。

变压器的组成部分

一个典型的变压器主要由以下几个部分组成：

• 磁芯
• 变压器绕组
• 变压器本体/油箱和绝缘油
• 油箱
• 呼吸器

磁芯

变压器的铁芯由高磁导率的磁性材料制成。由于变压器承受交流电源，因此其铁芯由叠加在一起的薄层压片构成，以减少铁芯中的涡流损耗。变压器的绕组绕在铁芯上。变压器的铁芯主要有两个作用：

• 它为绕组提供支撑。
• 它为磁通提供低磁阻路径。

变压器绕组

变压器有两个绕组，即初级绕组和次级绕组。连接到交流电源的绕组称为初级绕组，而连接负载的绕组称为次级绕组。需要改变幅值的交流电压 V₁ 加在初级绕组上。

根据初级和次级绕组的匝数，在变压器的次级绕组中会感应出一个交变电动势 (E₂)。这个感应电动势 (E₂) 产生负载电流 I₂，因此负载两端会出现终端电压 V₂。

如果 V₂> V₁，则该变压器称为升压变压器。另一方面，如果 V₁ > V₂，则该变压器称为降压变压器。

变压器本体/油箱和绝缘油

变压器油箱保护变压器的铁芯和绕组。变压器的铁芯和绕组布置浸没在装有绝缘油的油箱中。绝缘油/绝缘油作为变压器铁芯和绕组的绝缘介质，也吸收产生的热量，因此它也起着变压器冷却介质的作用。

油箱

变压器的主油箱通过管道连接到一个小型油箱，称为油箱。油箱的主要功能是在所有运行条件下保持变压器油箱完全充满绝缘油。油箱被设计为变压器油的储油器。当变压器的温度升高时，变压器内部的油会膨胀。油箱为这种绝缘油的膨胀提供了空间。

呼吸器

变压器的呼吸器由硅胶组成，它可以防止任何大气中的水分随空气进入变压器的油箱。当变压器的温度下降时，它会使绝缘油收缩，因此变压器会吸入大气中的空气。因此，空气中的所有水分都会被呼吸器中的硅胶吸收。

变压器的运行原理

变压器的运行基于两个磁耦合线圈之间的互感原理。

根据互感原理，当交流电压加到变压器的初级绕组上时，会在铁芯中产生一个交变磁通 ϕ_m，称为互通磁通。这个交变磁通磁性地连接两个绕组，并根据法拉第电磁感应定律在变压器的初级绕组中感应出电动势 E₁，在次级绕组中感应出电动势 E₂。电动势 (E₁) 称为初级电动势，电动势 (E₂) 称为次级电动势，分别表示为：

$$\mathrm{E_{1}\:=\:-N_{1}\frac{d\varphi_{m}}{dt}}$$

和

$$\mathrm{E_{2}\:=\:-N_{2}\frac{d\varphi_{m}}{dt}}$$

因此，

$$\mathrm{\frac{E_{2}}{E_{1}}\:=\:\frac{N_{2}}{N_{1}}}$$

从上面的表达式可以看出，电动势 E₁ 和 E₂ 的大小分别取决于变压器初级和次级绕组的匝数，即如果 N₂ > N₁，则 E₂ > E₁，因此变压器将是升压变压器；如果 N₂ < N₁，则 E₂ < E₁，因此变压器将是降压变压器。

如果现在在次级绕组上连接负载，则电动势 E₂ 将使负载电流 I₂ 流过负载。因此，变压器能够将能量从一个 电路 传输到另一个电路，同时改变电压等级。