Question

变压器的结构和工作原理

Answer 1

变压器是利用电磁感应原理传输电能、信号的器件。

它具有变压、变流、变阻抗、隔离的作用，种类繁多应用广泛。

例如：

1.电力系统中，升压远距离输电（如：10KV输电线路），用户端降压供电（如：220V市电）；

2.实验室利用自耦变压器改变电源电压；

3.测量上利用变压器扩大对交流电压、电流的测量范围；

4.电子设备和仪器中利用变压器提供多种电压和传递信号并隔离电路上的联系。

变压器虽然大小悬殊，用途各异，但基本结构和工作原理是相同的。

变压器的结构
变压器由铁芯和绕组两个基本部分组成，如下图所示，是它的示意图和符号。

变压器的结构示意图与符号

这是一个简单的双绕组变压器，在一个闭合的铁芯上套有两个绕组，绕组与绕组之间以及绕组与铁芯之间都是绝缘的。

绕组通常用绝缘的铜线或铝线绕成，其中一个绕组与电源相连，称为一次绕组，另一个绕组与负载相连，称为二次绕组。

为了减少铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁芯大多用0.35～0.5 mm厚的硅钢片叠成，为了降低磁路的磁阻，一般采用交错叠装方式，即将每层硅钢片的接缝错开。如下图所示为几种常见的铁芯形状。

几种常见的铁芯形状

变压器按铁芯和绕组的组合方式，可分为心式和壳式两种，如下图所示。

变压器的结构形式

心式变压器的铁芯被绕组所包围，它的用铁量比较少，多用于大容量的变压器，如电力变压器。

壳式变压器的绕组被铁芯锁包围，它的用铁量比较多，但不需要专门的变压器外壳，常用于小容量的变压器，如各种电子设备和仪器中的变压器。

变压器的工作原理
变压器的工作原理，我们将从空载运行、负载运行、阻抗变换，三种情况进行讲述。

1.空载运行

如下图所示，变压器的空载运行示意图。

变压器的空载运行

变压器的一次绕组接上交流电压【u1】，二次侧开路，这种运行状态称为空载运行。这时二次绕组中的电流i2=0，电压为开路电压【u20】，一次绕组通过的电流为空载电流【i10】，各量的方向按习惯参考方向选取。上图中【N1】为一次绕组的匝数，【N2】为二次绕组的匝数。

由于二次侧开路，这时变压器的。一次侧电路相当于一个交流铁心线圈电路，通过的空载电流【i10】就是励磁电流。

磁通势【N1i10】在铁心中产生的主磁通【Φ】通过闭合铁心，既穿过一次绕组，也穿过二次绕组，于是在一、二次绕组中分别感应出电动势

Answer 2