變壓器是由兩個(gè)線圈繞組通過在鐵圈或磁環(huán)上，變壓器是由兩個(gè)或多個(gè)線圈組成的電氣設(shè)備，用于通過變化的磁場傳輸電能。

我們?cè)诩彝ズ凸ぷ鲌鏊褂媒涣麟妷汉碗娏鞯闹饕蛑皇?，交流電源可以很容易地以方便的電壓產(chǎn)生，轉(zhuǎn)換（因此得名變壓器），然后使用國家塔架和電纜電網(wǎng)在很長的距離上分布到全國各地。

將電壓轉(zhuǎn)換為更高水平的原因是，較高的配電電壓意味著相同功率的電流較低，因此I降低2*沿電纜網(wǎng)絡(luò)的R損耗。然后，這些較高的交流傳輸電壓和電流可以降低到更低，更安全和可用的電壓水平，可用于為我們的家庭和工作場所的電氣設(shè)備供電，而這一切都得益于基本的電壓互感器。

一、電壓互感器基礎(chǔ)知識(shí)

電壓互感器可以被認(rèn)為是一個(gè)電氣元件，而不是一個(gè)電子元件。變壓器基本上是非常簡單的靜態(tài)（或固定）電磁無源電氣設(shè)備，通過將電能從一個(gè)值轉(zhuǎn)換為另一個(gè)值，根據(jù)法拉第感應(yīng)定律的原理工作。

變壓器通過使用變壓器本身產(chǎn)生的公共振蕩磁路將兩個(gè)或多個(gè)電路連接在一起來做到這一點(diǎn)。變壓器以互感應(yīng)的形式在“電磁感應(yīng)”的原則下工作。

相互感應(yīng)是一個(gè)線圈將電壓磁性感應(yīng)到位于其附近的另一個(gè)線圈的過程。然后我們可以說變壓器在“磁疇”中工作，變壓器的名字來自它們將一個(gè)電壓或電流電平“轉(zhuǎn)換”到另一個(gè)電壓或電流電平的事實(shí)。

變壓器能夠增加或減少其電源的電壓和電流水平，而無需改變其頻率，也不改變通過磁路從一個(gè)繞組傳輸?shù)搅硪粋€(gè)繞組的電功率。

單相電壓互感器基本上由兩個(gè)電線線圈組成，一個(gè)稱為“初級(jí)繞組”，另一個(gè)稱為“次級(jí)繞組”。在本教程中，我們將變壓器的“初級(jí)”側(cè)定義為通常通電的一側(cè)，將“次級(jí)”定義為通常供電的側(cè)。在單相電壓互感器中，初級(jí)通常是具有較高電壓的一側(cè)。

這兩個(gè)線圈彼此之間沒有電接觸，而是纏繞在一個(gè)稱為“磁芯”的公共閉合磁鐵電路周圍。這種軟鐵芯不是固體的，而是由連接在一起的單個(gè)層壓件組成的，有助于減少鐵芯的磁損耗。

初級(jí)和次級(jí)繞組在電氣上彼此隔離，但通過公共磁芯進(jìn)行磁連接，允許將電力從一個(gè)線圈傳輸?shù)搅硪粋€(gè)線圈。當(dāng)電流通過初級(jí)繞組時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場，該磁場將電壓感應(yīng)到次級(jí)繞組中，簡單變壓器的基本工作原理如下所示。

二、單相電壓互感器：

換句話說，對(duì)于變壓器，兩個(gè)線圈繞組之間沒有直接的電氣連接，因此也將其命名為隔離變壓器。通常，變壓器的初級(jí)繞組連接到輸入電壓電源，并將電能轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換為磁場。而次級(jí)繞組的工作是將這種交變磁場轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生所需的輸出電壓，如圖所示。

三、單相變壓器基本結(jié)構(gòu)

VP?是主電壓

VS?是次級(jí)電壓

NP?是初級(jí)繞組的數(shù)量

NS?次級(jí)繞組的數(shù)量

Φ（phi）?是磁通鏈

請(qǐng)注意，兩個(gè)線圈繞組不是電連接的，而只是磁性連接。單相變壓器可以工作以增加或減少施加于初級(jí)繞組的電壓。當(dāng)變壓器用于“增加”其次級(jí)繞組相對(duì)于初級(jí)繞組的電壓時(shí)，它被稱為升壓變壓器。當(dāng)它用于“降低”次級(jí)繞組相對(duì)于初級(jí)繞組的電壓時(shí)，它被稱為降壓變壓器。

然而，存在第三種情況，即變壓器在其次級(jí)上產(chǎn)生與施加于其初級(jí)繞組相同的電壓。換句話說，其輸出在電壓、電流和傳輸功率方面是相同的。這種類型的變壓器被稱為“阻抗變壓器”，主要用于阻抗匹配或相鄰電路的隔離。

初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的電壓差是通過改變初級(jí)繞組中的線圈匝數(shù)（NP）與次級(jí)繞組上的線圈匝數(shù)（NS).

由于變壓器基本上是一個(gè)線性器件，因此現(xiàn)在存在初級(jí)線圈的匝數(shù)除以次級(jí)線圈的匝數(shù)之間的比率。這個(gè)比值，稱為變換比，更常稱為變壓器的“匝數(shù)比”，（TR）。該匝數(shù)比值決定了變壓器的工作和次級(jí)繞組上可用的相應(yīng)電壓。

有必要知道初級(jí)繞組上導(dǎo)線的匝數(shù)與次級(jí)繞組的比率。匝數(shù)比沒有單位，按順序比較兩個(gè)繞組，并用冒號(hào)書寫，例如3：1（3比1）。

這意味著在本例中，如果初級(jí)繞組上有3伏特，則次級(jí)繞組上將有1伏特，即3伏特到1伏。然后我們可以看到，如果匝數(shù)之間的比率發(fā)生變化，則產(chǎn)生的電壓也必須以相同的比率變化，這是真的。

變形金剛都是關(guān)于“比率”的。任何給定變壓器的初級(jí)與次級(jí)之比、輸入與輸出之比以及匝數(shù)比將與其電壓比相同。換句話說，對(duì)于變壓器：“匝數(shù)比=電壓比”。任何繞組上導(dǎo)線的實(shí)際匝數(shù)通常并不重要，只是匝數(shù)比，這種關(guān)系給出如下：

四、變壓器匝數(shù)比：

假設(shè)變壓器理想且相位角：ΦP≡ΦS

請(qǐng)注意，表示變壓器匝數(shù)比值時(shí)的數(shù)字順序非常重要，因?yàn)樵褦?shù)比3：1表示的變壓器關(guān)系和輸出電壓與匝數(shù)比為：1：3的變壓器關(guān)系和輸出電壓非常不同。

1．變壓器基礎(chǔ)知識(shí)示例1：

電壓互感器的初級(jí)線圈上有1500匝導(dǎo)線，次級(jí)線圈有500匝導(dǎo)線。變壓器的匝數(shù)比（TR）是多少。

這種3：1（3：1）的比例僅僅意味著每個(gè)次級(jí)繞組有三個(gè)初級(jí)繞組。因此，當(dāng)比率從左側(cè)的較大數(shù)字移動(dòng)到右側(cè)的較小數(shù)字時(shí)，初級(jí)電壓的值會(huì)降低，如圖所示。

2．變壓器基礎(chǔ)知識(shí)示例2

如果將240伏均方根施加到上述同一變壓器的初級(jí)繞組上，則產(chǎn)生的次級(jí)無負(fù)載電壓是多少。

再次確認(rèn)變壓器是“降壓”變壓器，因?yàn)槌跫?jí)電壓為240伏，相應(yīng)的次級(jí)電壓較低，為80伏。

然后，變壓器的主要目的是以預(yù)設(shè)的比率轉(zhuǎn)換電壓，我們可以看到初級(jí)繞組在其上有固定數(shù)量或數(shù)量的繞組（線圈）以適應(yīng)輸入電壓。

如果次級(jí)輸出電壓與初級(jí)繞組上的輸入電壓值相同，則必須將相同的線圈匝數(shù)繞到次級(jí)磁芯上，以提供1：1（1：1）的偶數(shù)匝數(shù)。換言之，一個(gè)線圈接通次級(jí)，一個(gè)線圈接通初級(jí)線圈。

如果輸出次級(jí)電壓大于或高于輸入電壓（升壓變壓器），則次級(jí)上必須有更多的匝數(shù)，匝數(shù)比為1：N（1-to-N），其中N表示匝數(shù)比。同樣，如果要求次級(jí)電壓低于或小于初級(jí)電壓（降壓變壓器），則次級(jí)繞組的數(shù)量必須較少，匝數(shù)為N：1（N比1）。

五、變壓器運(yùn)作：

我們已經(jīng)看到，與初級(jí)繞組相比，次級(jí)繞組上的線圈匝數(shù)（匝數(shù)比）會(huì)影響次級(jí)線圈的可用電壓量。但是，如果兩個(gè)繞組彼此電氣隔離，則副電源是如何產(chǎn)生的呢？

我們之前已經(jīng)說過，變壓器基本上由纏繞在一個(gè)共同的軟鐵芯上的兩個(gè)線圈組成。當(dāng)交變電壓（VP）施加到初級(jí)線圈上，電流流過線圈，線圈又在自身周圍設(shè)置磁場。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，這種效應(yīng)稱為互感。

當(dāng)電流從零上升到其最大值（以dΦ/dt表示）時(shí)，磁場的強(qiáng)度會(huì)逐漸增加。

六、變壓器磁鏈基礎(chǔ)知識(shí)：

當(dāng)該電磁鐵設(shè)置的磁力線從線圈向外擴(kuò)展時(shí)，軟鐵芯形成磁通量的路徑并集中磁通量。該磁通量連接兩個(gè)繞組的匝數(shù)，因?yàn)樗诮涣麟娫吹挠绊懴乱韵喾吹姆较蛟黾雍蜏p少。

然而，感應(yīng)到軟鐵芯的磁場強(qiáng)度取決于電流的大小和繞組中的匝數(shù)。當(dāng)電流減小時(shí)，磁場強(qiáng)度降低。

當(dāng)磁通量的磁線在磁芯周圍流動(dòng)時(shí)，它們通過次級(jí)繞組的匝數(shù)，導(dǎo)致電壓被感應(yīng)到次級(jí)線圈中。感應(yīng)電壓的量由以下因素決定：N*dΦ/dt（法拉第定律），其中N是線圈匝數(shù)。此外，該感應(yīng)電壓與初級(jí)繞組電壓具有相同的頻率。

然后我們可以看到，在兩個(gè)繞組的每個(gè)線圈匝數(shù)中感應(yīng)出相同的電壓，因?yàn)橄嗤拇磐繉蓚€(gè)繞組的匝數(shù)連接在一起。因此，每個(gè)繞組中的總感應(yīng)電壓與該繞組中的匝數(shù)成正比。但是，如果磁芯的磁損耗較高，則次級(jí)繞組上可用的輸出電壓的峰值幅度將減小。

如果我們希望初級(jí)線圈產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場來克服磁芯的磁損耗，我們可以通過線圈發(fā)送更大的電流，或者保持相同的電流流動(dòng)，而是增加線圈匝數(shù)（NP）的繞組。安培乘以匝數(shù)的乘積稱為“安培匝數(shù)”，它決定了線圈的磁化力。

因此，假設(shè)我們有一個(gè)變壓器，在初級(jí)中只有一圈，在次級(jí)中只有一圈。如果將一伏特施加到初級(jí)線圈的一圈，假設(shè)沒有損耗，則必須有足夠的電流流動(dòng)并產(chǎn)生足夠的磁通量，以便在次級(jí)線圈的單匝中感應(yīng)出一伏特。也就是說，每個(gè)繞組每匝支持相同數(shù)量的伏特。

由于磁通量呈正弦變化，Φ=Φ麥克斯sinωt，則感應(yīng)電動(dòng)勢（E）在N匝線圈繞組中的基本關(guān)系由下式給出：

電動(dòng)勢=匝數(shù)x變化率

??以赫茲為單位的磁通頻率，=ω/2π

Ν?線圈繞組的數(shù)量。

Φ?是韋伯斯中的通量

這稱為變壓器電磁場方程。對(duì)于初級(jí)繞組電動(dòng)勢，N將是初級(jí)匝數(shù)（NP）對(duì)于次級(jí)繞組電動(dòng)勢，N將是次級(jí)匝數(shù)，（NS).

另請(qǐng)注意，由于變壓器需要交變磁通才能正常工作，因此變壓器不能用于轉(zhuǎn)換或提供直流電壓或電流，因?yàn)榇艌霰仨毎l(fā)生變化以在次級(jí)繞組中感應(yīng)電壓。換句話說，變壓器不工作在穩(wěn)態(tài)直流電壓下，只在交變或脈動(dòng)電壓下工作。

如果變壓器初級(jí)繞組連接到直流電源，則繞組的感抗將為零，因?yàn)橹绷鳑]有頻率，因此繞組的有效阻抗將非常低，并且僅等于所用銅的電阻。因此，繞組將從直流電源吸收非常高的電流，導(dǎo)致其過熱并最終燒毀，因?yàn)檎缥覀兯?，I=V/R。

變壓器基礎(chǔ)知識(shí)示例No3

單相變壓器的初級(jí)繞組為480圈，次級(jí)繞組為90圈。當(dāng)2200伏，50Hz施加到變壓器初級(jí)繞組時(shí)，磁通密度的最大值為1.1T。算：

a）.磁芯中的最大磁通量

b）.核心的橫截面積

c）.二次感應(yīng)電動(dòng)勢。

七、變壓器次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢：

由于次級(jí)電壓額定值等于次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢，因此從匝數(shù)比計(jì)算次級(jí)電壓的另一種更簡單的方法如下：

八、變壓器中的電力：

變壓器的另一個(gè)基本參數(shù)是其額定功率。變壓器的額定功率是通過簡單地將電流乘以電壓來獲得以伏安（VA）為單位的額定值來獲得的。小型單相變壓器的額定值可能只有伏安，但更大的電力變壓器的額定單位為千伏安（kVA），其中1千伏安等于1，000伏安，以及兆伏安單位（MVA），其中1兆伏安等于100萬伏安。

在理想的變壓器中（忽略任何損耗），次級(jí)繞組中可用的功率將與初級(jí)繞組中的功率相同，它們是恒功率器件，并且僅改變功率的電壓電流比。因此，在理想變壓器中，功率比等于1（單位）作為電壓，V乘以電流，I將保持不變。

即初級(jí)側(cè)的一個(gè)電壓/電流水平的電功率以相同的頻率“轉(zhuǎn)換”為電能，以相同的電壓/電流水平。雖然變壓器可以升壓（或降壓）電壓，但它不能升壓電源。因此，當(dāng)變壓器升壓電壓時(shí)，它會(huì)降壓電流，反之亦然，因此輸出功率始終與輸入功率處于相同的值。然后我們可以說初級(jí)功率等于次要功率，（PP=PS).

九、變壓器中的電源：

ΦP是初級(jí)相位角和ΦS是次級(jí)相位角。

請(qǐng)注意，由于功率損耗與所傳輸電流的平方成正比，即：我2R，增加電壓，假設(shè)加倍（×2）電壓會(huì)使電流減少相同的量（÷2），同時(shí)向負(fù)載提供相同數(shù)量的功率，從而將損耗降低4倍。如果電壓增加10倍，電流將減少相同的系數(shù)，從而將總損耗降低100倍。

十、變壓器基礎(chǔ)知識(shí)?效率

變壓器不需要任何移動(dòng)部件來傳輸能量。這意味著沒有其他電機(jī)相關(guān)的摩擦或風(fēng)力損失。然而，變壓器確實(shí)遭受了其他類型的損失，稱為“銅損失”和“鐵損失”，但通常這些損失很小。

1．銅損耗，也稱為我2R損耗是由于變壓器銅繞組周圍的電流循環(huán)而在熱量中損失的電力，因此得名。銅損耗是變壓器運(yùn)行中的最大損耗。實(shí)際功率損失的瓦數(shù)可以通過對(duì)安培進(jìn)行平方并乘以繞組電阻（以歐姆為單位）來確定（在每個(gè)繞組中）我2R).

2．鐵損失，也稱為磁滯，是磁芯內(nèi)磁分子響應(yīng)于交變磁通量的滯后。這種滯后（或不相）條件是由于它需要功率來逆轉(zhuǎn)磁性分子;在通量達(dá)到足夠的力來反轉(zhuǎn)它們之前，它們不會(huì)反轉(zhuǎn)。

它們的逆轉(zhuǎn)導(dǎo)致摩擦，摩擦在核心中產(chǎn)生熱量，這是功率損失的一種形式。變壓器內(nèi)部的磁滯可以通過用特殊鋼合金制造鐵芯來減少。

變壓器中的功率損耗強(qiáng)度決定了其效率。變壓器的效率反映在初級(jí)（輸入）和次級(jí)（輸出）繞組之間的功率（瓦數(shù)）損耗上。則變壓器的效率等于次級(jí)繞組的功率輸出之比，PS對(duì)初級(jí)繞組的功率輸入，PP因此很高。

理想的變壓器將是100%有效的，將原邊接收的所有電能傳遞到副邊。但另一方面，真正的變壓器并不是100%有效的。當(dāng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，它們的最大效率接近94%至96%，這對(duì)于電氣設(shè)備來說仍然相當(dāng)不錯(cuò)。對(duì)于在恒定交流電壓和頻率下工作的變壓器，其效率可高達(dá)98%。變壓器的效率、η如下：

變壓器效率

其中：輸入、輸出和損耗均以功率單位表示。

通常，在處理變壓器時(shí)，初級(jí)瓦特稱為“伏安”，VA以將其與次級(jí)瓦特區(qū)分開來。然后，可以將上面的效率方程修改為：

變壓器基礎(chǔ)知識(shí)-效率

有時(shí)更容易使用圖片記住變壓器輸入，輸出和效率之間的關(guān)系。在這里，VA，W和η的三個(gè)量被疊加成一個(gè)三角形，在頂部以瓦特為單位提供功率，在底部提供伏安和效率。此排列表示效率公式中每個(gè)數(shù)量的實(shí)際位置。

轉(zhuǎn)置上述三角形量可以得到相同等式的以下組合：

然后，查找瓦特（輸出）=VAxeff.，或查找VA（輸入）=W/eff.，或查找效率，eff.=W/VA等。

十一、轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)知識(shí)摘要

然后總結(jié)一下這個(gè)變壓器基礎(chǔ)知識(shí)教程。變壓器使用磁場將其輸入繞組上的電壓電平（或電流電平）更改為其輸出繞組上的另一個(gè)值。變壓器由兩個(gè)電隔離線圈組成，并按照法拉第的“相互感應(yīng)”原理工作，其中變壓器次級(jí)線圈中由初級(jí)線圈繞組中流動(dòng)的電壓和電流產(chǎn)生的磁通量在變壓器次級(jí)線圈中感應(yīng)EMF。

初級(jí)和次級(jí)線圈繞組都纏繞在由單個(gè)層壓制成的普通軟鐵芯上，以減少渦流和功率損耗。變壓器的初級(jí)繞組連接到交流電源，交流電源本質(zhì)上必須是正弦的，而次級(jí)繞組則為負(fù)載提供電力。話雖如此，只要觀察到電壓和電流額定值，變壓器可以反向使用，電源連接到次級(jí)繞組。

我們可以用框圖形式表示轉(zhuǎn)換器，如下所示：

變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組之間的比率相互產(chǎn)生升壓變壓器或降壓電壓互感器，其初級(jí)匝數(shù)與次級(jí)匝數(shù)之間的比率稱為“匝數(shù)”或“變壓器比”。

如果此比率小于單位，則n<1，則NS大于NP變壓器被歸類為升壓變壓器。如果此比率大于單位，則n>1，即NP大于NS，則該變壓器被歸類為降壓變壓器。請(qǐng)注意，單相降壓變壓器也可以用作升壓變壓器，只需將其連接反轉(zhuǎn)并使低壓繞組成為其初級(jí)變壓器，反之亦然，只要變壓器在其原始VA設(shè)計(jì)額定值內(nèi)運(yùn)行即可。

如果匝數(shù)比等于單位，即n=1，則初級(jí)和次級(jí)具有相同的線圈匝數(shù)，因此初級(jí)和次級(jí)繞組的電壓和電流將相同。

這種類型的1：1變壓器被歸類為隔離變壓器，因?yàn)樽儔浩鞯某跫?jí)和次級(jí)繞組每匝具有相同的伏特?cái)?shù)。變壓器的效率是它向負(fù)載提供的功率與從電源吸收的功率之比。在理想的變壓器中沒有損耗，因此不會(huì)損失功率P在=P外.

在下一個(gè)使用變壓器基礎(chǔ)知識(shí)的教程中，我們將介紹變壓器的物理構(gòu)造，并了解用于支撐初級(jí)和次級(jí)繞組的不同磁芯類型和層壓。