變壓器的作用及原理

變壓器是一種用于電能轉(zhuǎn)換的電器設(shè)備，是電網(wǎng)中必不可少的重要裝置，它可以把一種電壓、電流的交流電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種電壓、電流的交流電能，幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到變壓器。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)有所不同的要求，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）等等，變壓器常用的鐵心形狀一般有E型和C型鐵心。 在不同的環(huán)境下，變壓器的用途也不同，如：
1.進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)升高電壓可以減少線路上的電能損耗
2.到達(dá)使用地區(qū)時(shí)降低電壓可以滿足不同用戶的用電需求
3.進(jìn)行阻抗匹配時(shí)使用變壓器聯(lián)接可起到改變阻抗的作用
4.使用隔離變壓器可以將兩相電隔離防止觸電事故的發(fā)生
一般常用變壓器的分類可歸納如下 ：
1、按相數(shù)分：
1）單相變壓器：用于單相負(fù)荷和三相變壓器組。
2）三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。
2、按冷卻方式分：
1）干式變壓器：依靠空氣對(duì)流進(jìn)行自然冷卻或增加風(fēng)機(jī)冷卻，多用于高層建筑、高速收費(fèi)站點(diǎn)用電及局部照明、電子線路等小容量變壓器。
2）油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。

變壓器的工作原理
變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。*簡(jiǎn)單的鐵心變壓器由一個(gè)軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個(gè)匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成，如圖所示：【圖片】鐵心的作用是加強(qiáng)兩個(gè)線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗，鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個(gè)線圈之間沒有電的聯(lián)系，線圈由絕緣銅線（或鋁線）繞成。一個(gè)線圈接交流電源稱為初級(jí)線圈（或原線圈），另一個(gè)線圈接用電器稱為次級(jí)線圈（或副線圈）。實(shí)際的變壓器是很復(fù)雜的，不可避免地存在銅損（線圈電阻發(fā)熱）、鐵損（鐵心發(fā)熱）和漏磁（經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線）等，為了簡(jiǎn)化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是：忽略漏磁通，忽略原、副線圈的電阻，忽略鐵心的損耗，忽略空載電流（副線圈開路原線圈線圈中的電流）。例如電力變壓器在滿載運(yùn)行時(shí)（副線圈輸出額定功率）即接近理想變壓器情況。
變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時(shí)，鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的，φ也是簡(jiǎn)諧函數(shù)，表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1，U2=e2（原線圈物理量用下角標(biāo)1表示，副線圈物理量用下角標(biāo)2表示），其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即變壓器原、副線圈電壓有效值之比，等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
進(jìn)而得出：
U1/U2=N1/N2
在空載電流可以忽略的情況下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副線圈電流有效值大小與其匝數(shù)成反比，且相位差π。
進(jìn)而可得
I1/ I2=N2/N1
理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器本身無(wú)功率損耗。實(shí)際變壓器總存在損耗，其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高，可達(dá)90%以上。