作者：未知 文章來源：未知 點(diǎn)擊數(shù)： 311 更新時(shí)間：2008-2-14
變壓器的基本原理
變壓器是利用線圈互感特性構(gòu)成的一種元器件，幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到。它原理簡(jiǎn)單，但根據(jù)不同的使用場(chǎng)合（不同的用途），變壓器的繞制工藝會(huì)有所不同。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。它是由一個(gè)初級(jí)線圈（線圈圈數(shù)n1）及一個(gè)次級(jí)線圈（線圈圈數(shù)n2）環(huán)繞著一個(gè)核心。常用的鐵心形狀一般有E型和C型。
E1是初級(jí)電壓，次級(jí)電壓E2是 E2 = E1×（n2/n1）
上圖是變壓器的原理簡(jiǎn)體圖，當(dāng)一個(gè)正弦交流電壓U1加在初級(jí)線圈兩端時(shí)，導(dǎo)線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通ф1，它沿著鐵心穿過初級(jí)線圈和次級(jí)線圈形成閉合的磁路。在次級(jí)線圈中感應(yīng)出互感電勢(shì)U2，同時(shí)ф1也會(huì)在初級(jí)線圈上感應(yīng)出一個(gè)自感電勢(shì)E1，E1的方向與所加電壓 U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時(shí)次級(jí)沒接負(fù)載，初級(jí)線圈中仍有一定的電流，這個(gè)電流我們稱為“空載電流”。
如果次級(jí)接上負(fù)載，次級(jí)線圈就產(chǎn)生電流I2，并因此而產(chǎn)生磁通ф2，ф2的方向與ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級(jí)自感電壓E1減少，其結(jié)果使I1增大，可見初級(jí)電流與次級(jí)負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級(jí)負(fù)載電流加大時(shí)I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好補(bǔ)充了被ф2 所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個(gè)理想的變壓器次級(jí)負(fù)載消耗的功率也就是初級(jí)從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級(jí)線圈的圈數(shù)而改變次級(jí)電壓，但是不能改變?cè)试S負(fù)載消耗的功率。
下圖是各種變壓器的電路符號(hào)，從變壓器的電路符號(hào)可以看出變壓器的線圈結(jié)構(gòu)。
圖（a）所示變壓器共有兩組線圈，即1～2為一次線圈（又稱為初級(jí)線圈，線圈又稱為繞組），3～4位二次線圈（又稱為次級(jí)線圈）。電路符號(hào)中垂直的實(shí)線表示這一變壓器有鐵心。
圖（b）所示變壓器有兩組次級(jí)線圈，即3～4為一組，5～6為另外一組。另外電路符號(hào)中有實(shí)線的同時(shí)還有一條虛線，它表示變壓器的初級(jí)和次級(jí)線圈之間設(shè)有一個(gè)屏蔽層，在使用中這一屏蔽層的一端要接線路中的地線（決不能兩端同時(shí)接地），屏蔽層起抗干擾作用。這種變壓器多為電源變壓器。
圖（c）所示變壓器在初級(jí)和次級(jí)線圈的一端畫有一個(gè)小黑點(diǎn)，這是“同名端”的標(biāo)記。
圖（d）所示的變壓器沒有中間實(shí)線，表示這種變壓器沒有鐵心，有時(shí)用一條虛線來表示變壓器用的是磁芯（此時(shí)電路符號(hào)中是沒有實(shí)線的），一般是高頻或是中頻變壓器，這是過去的表示方式，現(xiàn)在規(guī)定當(dāng)變壓器有鐵心或是磁芯時(shí)均用一條實(shí)線表示。
圖（e）所示的變壓器，它的次級(jí)線圈有抽頭，即4腳是次級(jí)線圈3～5的抽頭。關(guān)于抽頭有兩種情況：一是中心抽頭，即當(dāng)3～4之間的匝數(shù)等于4～5之間的匝數(shù)時(shí)成為中心抽頭；二是非中心抽頭，此時(shí)3～4、4～5之間的匝數(shù)不等。
圖（f）所示的變壓器，它的初級(jí)線圈中有一個(gè)抽頭2。
圖（g）所示的變壓器，它只有一個(gè)線圈2是抽頭，這是一個(gè)自耦變壓器。若2～3之間為初級(jí)，1～3之間就為次級(jí)線圈此時(shí)它就是一個(gè)升壓器。當(dāng)1～3之間為初級(jí)線圈2～3之間為次級(jí)線圈，這就是一個(gè)降壓器。
變壓器的損耗
當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦所以稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。
另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。
由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率，為此我們引入了一個(gè)效率的參數(shù)來對(duì)此進(jìn)行描述，η=輸出功率/輸入功率。
變壓器的材料
要繞制一個(gè)變壓器我們必須對(duì)與變壓器有關(guān)的材料要有一定的認(rèn)識(shí)，為此這里我就介紹一下這方面的知識(shí)。
1、鐵心材料
變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱加了硅的鋼片為硅鋼片，變壓器的質(zhì)量同所用硅鋼片的質(zhì)量有很大關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000、低硅片為9000-11000，高硅片為12000-16000，
2、繞制材料
漆包線，沙包線，絲包線是繞制變壓器通常用的材料，最常用的是漆包線。對(duì)于導(dǎo)線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2型號(hào)的高強(qiáng)度的聚脂漆包線。
3、絕緣材料：
繞制變壓器時(shí)，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。
4、浸漬材料
變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。
多繞組變壓器同名端的判別
在使用多繞組變壓器時(shí)，常常需要弄清各繞組引出線的同名端或異名端，才能正確地將線圈并聯(lián)或串聯(lián)使用。
按上圖所示電路，任找一組繞組線圈接上1.5~3V電池，然后將其余各繞組線圈抽頭分別接在直流毫伏表或直流毫安表的正負(fù)接線柱上。接通電源的瞬間，表的指針會(huì)很快擺動(dòng)一下，如果指針向正方向偏轉(zhuǎn)，則接電池正極的線頭與接電表正接線柱的線頭為同名端；如果指針反向偏轉(zhuǎn)，則接電池正極的線頭與接電表負(fù)接線柱的線頭為同名端。在測(cè)試時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
若變壓器的升壓繞組（既匝數(shù)較多的繞組）接電池，電表應(yīng)選用最小量程，使指針擺動(dòng)幅度較大，以利于觀察；若變壓器的降壓繞組（即匝數(shù)較少的繞組）接電池，電表應(yīng)選用較大量程，以免損壞電表。
接通電源瞬間，指針會(huì)向某一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)，但斷開電源時(shí)，由于自感作用，指針將向相反方向倒轉(zhuǎn)。如果接通和斷開電源的間隔時(shí)間太短，很可能只看到斷開時(shí)指針的偏轉(zhuǎn)方向，而把測(cè)量結(jié)果搞錯(cuò)。所以接通電源后要等幾秒鐘后再斷開電源，也可以多測(cè)幾次，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確。
電源變壓器質(zhì)量的簡(jiǎn)單判別法
電源變壓器除檢查電壓準(zhǔn)確度和絕緣性能之外，還要知道它的效率、負(fù)載率、發(fā)熱量等。下面介紹一種通過測(cè)定兩個(gè)參素?cái)?shù)來判別電源變壓器質(zhì)量的簡(jiǎn)單判別法。
1.空載電流的測(cè)定
變壓器的空載電流是指初級(jí)接額定電壓，次級(jí)完全空載測(cè)得的初級(jí)電流。這個(gè)電流與進(jìn)線電壓的乘積則為空載損耗，也就是指變壓器的鐵芯損耗。它是鐵芯在交流磁場(chǎng)中渦流損耗和磁滯損耗之和。因而，變壓器的空載電流越小，表明鐵芯的質(zhì)量越好，且安培匝數(shù)設(shè)計(jì)非常合理。這種情況下，一般認(rèn)為空載電流相似于鐵損耗，空載電流的大小，也就反映鐵損的大小。小于10W的變壓器空載電流約 7~15mA；100W的變壓器，空載電流約30~60mA之間，都認(rèn)為正常。鐵損較大的變壓器，發(fā)熱量必然大，如果是因安培匝數(shù)設(shè)計(jì)不合理，其空載電流大增，結(jié)果造成溫升增大，其壽命也不會(huì)長。一般環(huán)形變壓器的空載電流應(yīng)低于普通插片式變壓器的空載電流。
2.銅損的測(cè)定
變壓器的銅損是指初、次級(jí)導(dǎo)線的直流電阻造成的損耗。因此測(cè)定銅損只需將變壓器加上額定電流即可測(cè)出I2R。測(cè)試方法如下：首先將變壓器的次級(jí)線圈兩端直接短接（有幾組要短路幾組），再將變壓器初級(jí)串入交流電流表，再與0~250V的交流調(diào)壓器相接，并接入市電。調(diào)節(jié)調(diào)壓器由0V整至使電流表讀數(shù)為變壓器的額定電流（如200VA的變壓器，額定電流為0.9A），用萬用表測(cè)出此時(shí)變壓器初級(jí)的電壓，將此電壓乘上變壓器的額定電流既為“銅損”（測(cè)量銅損時(shí)間要短，不然會(huì)損壞變壓器）。由于次級(jí)的短路，變壓器初級(jí)上的電壓必然很低。這樣，鐵芯的磁通量極小，鐵損也極小，可以忽略。故測(cè)出的I2R是很精確的。在這項(xiàng)測(cè)試中損耗越小，漆包線的電阻值也越小，這種變壓器的負(fù)載率也必然大。
在正常情況下，鐵損和銅損之和對(duì)500W的變壓器應(yīng)小于45W。隨著變壓器的容量減小，其損耗相應(yīng)增大，因?yàn)樾⌒妥儔浩鞯你~損是大于鐵損的。
從以上測(cè)定可知，變壓器的開路損耗加上短路損耗越小，則變壓器的質(zhì)量越好，工作時(shí)溫升也越低，并且有很好的負(fù)載率。這樣在很短時(shí)間內(nèi)，就能知道變壓器的性能好壞。
相關(guān)名詞解釋
1、電磁感應(yīng)，當(dāng)環(huán)鏈著某一導(dǎo)體的磁通發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。
2、自感，當(dāng)閉合回路中的電流發(fā)生變化時(shí)，則由這電流所產(chǎn)生的穿過回路本身磁通也發(fā)生變化，因此在回路中也將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。
3、互感，如果有兩只線圈互相靠近，則其中第一只線圈中電流所產(chǎn)生的磁通有一部分與第二只線圈相環(huán)鏈。當(dāng)?shù)谝痪€圈中電流發(fā)生變化時(shí)，則其與第二只線圈環(huán)鏈的磁通也發(fā)生變化，在第二只線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。
4、電感，自感與互感的統(tǒng)稱。
5、感抗，交流電流過具有電感的電路時(shí)，電感有阻礙交流電流過的作用，這種作用叫做感抗，以Lx表示，Lx=2πfL。
6、磁通，磁感應(yīng)強(qiáng)度與垂直于磁場(chǎng)方向的面積的乘積叫做磁通，以字母φ表示，單位為麥克斯韋。
7、磁通密度，單位面積上所通過的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上是相等的。
8、磁阻，與電阻的含義相仿，磁阻是表示磁路對(duì)磁通所起的阻礙作用，以符號(hào)Rm表示，單位為1/亨。
9、導(dǎo)磁率，又稱導(dǎo)磁系數(shù)，是衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁性能的一個(gè)系數(shù)，以字母μ表示，單位是亨/米。
10、磁滯，鐵磁體在反復(fù)磁化的過程中，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于它的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這種現(xiàn)象叫磁滯。
11、磁滯回線，在磁場(chǎng)中，鐵磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可用曲線來表示，當(dāng)磁化磁場(chǎng)作周期的變化時(shí)，鐵磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線。
12、磁滯損耗，放在交變磁場(chǎng)中的鐵磁體，因磁滯現(xiàn)象而產(chǎn)生一些功率損耗，從而使鐵磁體發(fā)熱，這種損耗叫磁滯損耗。
13、電磁感應(yīng)，當(dāng)環(huán)鏈著某一導(dǎo)體的磁通發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。
