認識變壓器，我們再從電磁原理開始！

變壓器和電感都是磁芯上繞著線圈，似乎都能稱為電感，那么我們怎樣去認識變壓器和電感，或者我們先從認識變壓器隱藏的電感——激磁或勵磁電感，然后我們再分析變壓器扮演的角色以及它的用處，總而言之，我們應該重新認識一下變壓器，消除我們的迷惑。


（1）概述：變壓器是具有兩組或者兩組以上的線圈繞組構成的耦合電感（但它不以儲能為目的，而是扮演傳輸能量的角色，接著往后看），既然是以耦合方式工作的器件，高導磁磁芯是建立強耦合的必要條件，初級完成電生磁，磁場順著高導磁芯進行"傳輸"，次級完成磁生電，從而給實際電路負載提供能量，經過這么一個轉換過程達到能量傳輸的同時也完成了初次級的電氣隔離，下面是常見變壓器的繞組形式，兩"||"表示的是磁芯。

立式變壓器



臥式變壓器

（2）變壓器的空載狀態，當次級不加任何負載，即斷開次級與負載連接



只要涉及到電磁，你不可避免地要應用到法拉第電磁感應定律，在變壓器初級加上一個電壓u1，根據電磁感應定律，初級線圈感應電壓如下表達式，即感應電動勢e1等于輸入電壓u1：


①

引起初級線圈的電流i1，產生磁芯中的磁通φ1，電流i1稱為勵磁或激磁電流，意為產生磁場的激勵源，磁通φ1也稱為主磁通。

變壓器是以高磁導率磁閉合磁芯為磁路的磁通傳輸器件，所以理論上變壓器是全耦合器件，耦合系數是k=1，磁通是原邊線圈產生的磁通（電生磁），由于變壓器共用同一個磁芯，所以初次級的磁通量是相同的即φ1=φ12=φ（Ψ=N*φ稱為磁鏈，φ12表示線圈N1對線圈N2產生的磁通，因為是空載，次級線圈2也就沒有自身產生磁通的源頭了），磁通量φ的變化率也是相同的，初級和次級的感應電動勢如下表達式


②


③



根據②和③得到④式


④
還有通常我們會去量變壓器的原邊電感量L1


⑤






從⑤式可以看出，對于變壓器，初級和次級任意一個線圈來說，磁導G就是一個常數，因為磁導是磁芯屬性常數。
對于次級線圈，電感量L2


⑥



結合⑤和⑥得到⑦，即匝比的平方比是初級和次級電感量的比值


⑦
所以，當你測得變壓器初級和次級的電感量時，你就同時也得到了變壓器的匝比，這個有時比較有用處，比如當你拿到一個變壓器，你并不知道這個變壓器的匝比值，但通過用電感表測量線圈的電感量，你便可知道變壓器的匝比，當然測量電感量時，線圈要相互斷開，如果測量原邊電感量，將副邊線圈短路，那么測量的便是變壓器的漏感。



（3）變壓器的負載狀態，當變壓器次級和負載相連接時，由于負載因素，次級電壓u2和負載Z產生電流i22，電流i22在次級線圈N2中產生形成的磁動勢F2=i22*N2（聯系電路中的電動勢原理）產生的磁通量為φ22，
還記得磁路中的歐姆定律嗎？磁動勢和磁阻的商就是磁通量，這個公式的推導也很簡單，基礎原理是安培環路定理，⑧式中Rm是磁阻，G是磁導（前面⑤式中有定義式），同一個磁芯中這是個常量


⑧
由負載引起的磁通φ22與初級線圈產生的磁通φ11方向是相反的，這是楞次定理告訴我們的，實質是副邊線圈產生的磁通與原邊除了激磁磁通要保持平衡。



帶負載后，初級磁通量是前面空載激磁磁通和負載引起的磁通之和"φ1+φ11"，激磁磁通是建立電磁轉換的必要條件，同時可以看到，原邊電流是從同名端進入，副邊則是從同名端流出，這樣恰好保持能量的一進一出，保持了磁平衡（不能積累，積累意味著到一定時間變壓器飽和）


⑨
由⑨式結合⑧式得到


⑩


⑪


⑫
⑫式稱為反射電流，是負載電流引起的次級電流對初級的反射，負載電流越大，反射電流就越大。
④式可以看到，變壓器從初級向次級看是變壓功能；⑪式可以看到，變壓器從次級向初級看是變流功能。
功率角度，輸出功率


⑬


⑭
從⑭式可以得到，輸入功率和輸出功率相等，激磁電流只是提供能量傳輸的條件，不需要在磁場中存儲能量，變壓器是能量傳輸器件，不是儲能器件，實際變壓器中，采用高導磁材料增大激磁電感以減小激磁電流，減小激磁電流目的是降低銅損和磁損。
反射阻抗，當輸出帶負載時，負載通過變壓器取能量，輸入電流會相應增加，因此變壓器的等效輸入阻抗是如下式子：






反射阻抗，是一種電路等效模型，實際電路中并沒有串聯一個電阻或其它，但負載卻是實實在在存在的，反射阻抗正是由于負載效應引起的一種初級阻抗的等效。
最后還要強調的是，變壓器是能量傳輸性元器件，只有激磁電流是引起能量的存儲，不能夠傳輸到副邊供負載使用，變壓器帶負載時，次級電流即負載電流產生的磁動勢是去磁磁動勢，激磁是保證能量傳輸的基礎，沒有它，次級電壓也就不復存在，談不上能量的傳輸。

陜西德勒電氣廠家專業生產高低壓配電柜，陜西配電柜，西安配電箱，箱式變電站，環網柜，變壓器，電線電纜橋架等規范化企業。具備高低壓開關柜成套專業設計、制造、安裝、維保一站式服務。咨詢電話：029-36385659  029-89611500 手機：15029288158