变压器的工作原理图解

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为了便于分析,把高、低绕组分别画在两边,与电源相连的称为原绕组(初级绕组,一次绕组),与负载相连的称为副绕组(次级绕组,二次绕组)。原、副绕组的匝数分别为变压器的工作原理图解变压器的工作原理图解
  图中标明的是它们的参考方向。图中各物理量的参考方向是这样选定的:
  原边作为电源的负载,电流i1的参考方向与u1的参考方向一致;电流i1、感应电动势e1e2的参考方向和主磁通Φ的参考方向符合右手螺旋法则,因此图中e1i1的参考方向是一致的。
  副边作为负载的电源,规定i2e2的参考方向一致
电磁关系: 变压器的工作原理图解 变压器的工作原理图解
  下面分别讨论变压器的电压变换、电流变换以及阻抗变换。
  1、电压变换 变压器的工作原理图解  根据KVL,对原绕组电路可列出方程
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  通常原绕组上所加的是正弦电压变压器的工作原理图解。在正弦电压作用的情况下,上式可以用相量表示为
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  由于原绕组的电阻变压器的工作原理图解和感抗变压器的工作原理图解较小,因而它们两端的电压降也较小,与主磁电动势变压器的工作原理图解比较起来,可以忽略不计。于是变压器的工作原理图解。则
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  同理,对副绕组电路可列出变压器的工作原理图解,如用相量表示,则为
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  感应电动势变压器的工作原理图解的有效值为变压器的工作原理图解
  (1)在变压器空载时 变压器的工作原理图解是空载时副绕组的端电压
  原、副绕组的电压之比为变压器的工作原理图解K为变压器的变比,亦即原、副绕组的匝数比。可见当电源电压U1一定时,只要改变匝数比,就可得出不同的输出电压。  (2)当变压器接负载时
  虽然e2产生i2,但是由于副绕组的电阻变压器的工作原理图解和感抗变压器的工作原理图解较小,因而它们两端的电压降也较小,与主磁电动势变压器的工作原理图解比较起来,可以忽略不计。于是变压器的工作原理图解。则
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  显然,变压器的工作原理图解为降压变压器,变压器的工作原理图解为升压变压器。
  (3) 电流变换 变压器的工作原理图解  由变压器的工作原理图解可见,当电源电压U1和频率f不变时,变压器的工作原理图解变压器的工作原理图解也都近于常数。就是说,铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时是差不多恒定的。因此,有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势(变压器的工作原理图解)应该和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势(变压器的工作原理图解)差不多相等,即:变压器的工作原理图解
  如用相量式表示,则为:变压器的工作原理图解
  变压器的空载电流变压器的工作原理图解是励磁用的。由于铁芯的磁导率高,空载电流很小。它的有效值变压器的工作原理图解在原绕组额定电流变压器的工作原理图解的10%以内。因此变压器的工作原理图解变压器的工作原理图解相比,常可忽略。于是上式可写为:变压器的工作原理图解
  由上式可知,原、副绕组的电流关系为:变压器的工作原理图解
  可见变压器中的电流虽然由负载的大小确定,但是原、副绕组中电流的比值是差不多不变的;因为当负载增加时,变压器的工作原理图解变压器的工作原理图解随着增大,而变压器的工作原理图解变压器的工作原理图解也必须相应增大,以抵偿副绕组的电流和磁动势对主磁通的影响,从而维持主磁通的最大值近似不变。
  变压器的额定电流变压器的工作原理图解变压器的工作原理图解是指按规定工作方式(长时间连续工作或短时工作或间歇工作)运行时原、副绕组允许通过的最大电流值,是根据绝缘材料允许的温度确定的。
  副绕组的额定电压与额定电流的乘积称为变压器的额定容量,即:变压器的工作原理图解(单相)。
  (4) 阻抗变换
  
变压器除有变换电压和电流的作用,还有变换负载阻抗的作用,以实现“匹配”。
  如下图所示,从原边看变压器,可等效为一个能反映副边阻抗变压器的工作原理图解变化的等效阻抗变压器的工作原理图解
变压器的工作原理图解  由图可知,变压器的工作原理图解,而变压器的工作原理图解
  于是,变压器的工作原理图解
  进一步记为,变压器的工作原理图解
  上式说明,接在变压器副边的负载阻抗模值变压器的工作原理图解,反映到变压器原边的等效阻抗模值是变压器的工作原理图解,即增大变压器的工作原理图解倍,这就是变压器的阻抗变换作用。
  例如,音箱或收音机,为了得到最大的输出功率,通常要使变压器的工作原理图解
  实现阻抗匹配的方法:
  在电子设备功率输出级和负载之间接入一个输出变压器,适当地选择其匝数比就可获得所需阻抗。
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