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杏彩体育平台网页版变压器的工作原理是什么?

来源:本站 发布时间:2024-04-19

  杏彩体育平台网页版变压器的工作原理是什么?刚接触变压器时,我感到非常地困惑:凭什么两个毫无电气连接关系的线圈能够传递能量?从结构上看,变压器就是绕在同一个磁芯上的两个线圈。我们都知道一个磁芯上绕着一个线圈的东西是电感(如下图所示),那么怎么去理解两个线圈绕在一个磁芯上呢?

  ——此时电感器中储存了磁场能量(对同一个电感来说,磁场能量的大小只跟电流大小有关),此时磁场能量保持不变。

  ——此时电感器中的磁场能量在不断变化,增加和释放磁场能量交替进行,所以呈现出来对电流的阻碍特性:1,流过电感器的电流减小,储存的磁场能量就释放出来,表现为阻碍电流变小;2,流过电感器的电流增加,电流就转化为磁场能量,表现为阻碍电流变大(来拒去留)。

  如下示意图,根据法拉弟电磁感应定律分析:变化的磁通量在线圈两端会产生感应电动势,此感应电动势相当于一个“新电源”;当形成闭合回路时,感应电动势就会产生感应电流。由楞次定律知道:电磁感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化(来拒去留);而原磁通量的变化来源于外加交变电源的变化,所以从客观效果看:电感线圈有阻碍交流电路中电流变化的特性。所以我们可以简化理解:将由于电磁感应现象导致阻碍电流变化特性的元件看成是电感器。

  ——电感线圈有与力学中的惯性(牛顿第一运动定律)相似的特性:任何物体试图保持其原运动状态(静止或匀速运动),直到外力迫使它改变;而电感线圈总是试图保持磁通量不变,直到外加电压迫使它改变。

  那么变压器是怎样工作的呢?如下图所示,变压器可以看成相互关联的两个电感,它们共用一个磁芯(理想情况下:原边N1和副边N2的磁力线是完全一样的;即它们共用磁场能量),我们可以看成:通过原边N1线)将电能存储为磁能,然后通过N2线)将磁能释放出来转化为电能。

  从理论上来说,不管是N1还是N2输入电能都是等价的:都是转化为了磁芯的磁场能量;同时不管是N1还是N2输出电能也是等价的:都是由磁芯的磁场能量转化为了电能。

  ——在开关电源设计中,杏彩平台app变压器的原边输入能量而副边接负载“消耗”能量,所以变压器原边的电流取决于副边的负载电流。

  变压器就其本质来说也是一种电感器,利用电磁互感应来变换电路中交流电压、电流和阻抗特性的器件。变压器的原理是:当初级线圈中通有交流电流时,铁芯(或磁芯)中便产生交流磁通,使次级线圈中感应出电压。

  ——根据电磁感应原理,如下图所示,当变压器输入交流电压Vin时,其原边感应电压Vin = -N1* dΦ/dt,副边感应电压为Vout = -N2*dΦ/dt;由于原边和副边线个磁芯(不考虑漏磁),其通过原边和副边的磁通量变化相同,杏彩网站登录所以Vout = -N2*(-Vin/N1) = Vin*N2/N1,可得Vout/Vin = N2/N1 = n(匝数比)。得到的是原副边的电压之比为匝数比,而非电流。

  ——对于理想变压器原理:其绕组匝数比不同最终导致的是各绕组之间的电压比不同,与绕组是否流过电流无关;Pin = Pout,Vin * Iin = Vout * Iout,所以:Iout/Iin = Vin/Vout = N1/N2。电流比是通过理想变压器输出出入功率相等得到的,在特殊情况下并不能成立(例如:副边断开)。

  变压器的结构:由铁芯(或磁芯)和线圈组成。线圈有两个或两个以上的绕组:其中接电源的绕组叫初级线圈(原边),其余的绕组叫次级线圈(副边)。

  变压器的能量转换并非100%,就算是副边空载也一样存在损耗,称之为空载损耗;如下图所示,该损耗并非原边/副边的漏感所导致,正如电感特性概念所述,电感是储能元件,即使是漏感也不会消耗电能;之所以有损耗,主要是磁芯损耗(磁滞损耗和涡流损耗)以及极少铜导线上电阻的绕组损耗。