變壓器及其原理

A 變壓器 是一種被動組件，可將電能從一個電路傳輸到另一個電路或電路。變壓器的任何線圈中的變化電流都會在變壓器芯中產生變化的磁通量，從而在任何其他線圈傷口上誘導不斷變化的電動力（EMF）在相同的核心上。可以在兩個電路之間沒有金屬（導電）連接的單獨線圈之間傳遞電源。法拉迪在1831年發現的歸納定律描述了由於誘導電壓在任何線圈中的效果，原因是由於變化線圈周圍的磁通量。變壓器用於改變交流電壓水平，這種類型的變壓器被稱為升級或降低類型，分別增加或降低電壓水平。變壓器還用於提供電路之間的電隔離，並逐步提供信號處理電路的階段。由於1885年第一個恆定電勢變壓器的發明，變壓器已成為交流電的傳輸，分佈和利用的重要組成部分。A在電子和電源應用中遇到了各種各樣的變壓器設計。轉換器的大小範圍從射頻變壓器的尺寸範圍少於小於立方厘米的大小到數百噸以互連電網的單位。

原則

理想的變壓器是線性，無損和完美耦合的完美耦合，這意味著無限高的核心通透性和繞組電感和零淨磁電磁力（即IPNP- IPNP- ISNS = 0）。變壓器初級繞組中的電流變化會在變壓器芯中產生變化的磁通量，該磁力也被次級繞組所包圍。次級繞組中這種變化的通量會導致次級繞組中的EMF或電壓變化。電磁誘導的這種現像是變壓器作用的基礎，根據Lenz的定律，因此產生的二級電流會產生與原發繞組相等的磁通量，並且相反。滲透性，因此所有磁通量都通過初級和次級繞組。電壓源連接到初級繞組，負載連接到次級繞組，變壓器電流在指定的方向上流動以及鐵的磁化力核心取消至零。根據法拉第定律，由於相同的磁通量通過理想變壓器的主要和次級繞組，因此在每個繞組中誘導其繞組的數量成正比。變壓器繞組電壓比等於繞組轉彎比。理想的變壓器是典型的商業變壓器的合理近似值，電壓比和繞組比率與相應的電流比成反比。主電路的載荷阻抗等於轉彎比的平方乘以次級電路的載荷阻抗。

真正的變壓器

偏離理想變壓器

理想的變壓器模型忽略了真實變壓器的以下基本線性方面：

核心損失統稱為磁化電流損失，包括。

由於變壓器芯中的非線性磁效應引起的磁滯損失，t由於鐵芯的焦耳加熱引起的渦流損失與施加到變壓器的電壓平方成正比。

與理想模型不同，真實變壓器中的繞組具有非零的電阻和電感：

1.由於初級和繼發性繞組電阻而導致的焦點損失

2.洩漏通量從核心逸出，並通過一個繞組僅引起初級和次級反應性阻抗。

3.類似於電感器，寄生電容和自我諧振現像是由於電場分佈而發生的。通常考慮了三種寄生能力，並提供了閉環方程。

4.任何一層相鄰彎道之間的電容；

5.相鄰層之間的電容；

6.核心與核心相鄰的層之間的電容；

將電容納入變壓器模型是複雜的，很少嘗試。下面顯示的“ Real ”變壓器模型的等效電路不包括寄生電容。但是，可以通過比較開路電感（即，當次級電路打開時的電感電感）與電容效應來測量次級繞組短路時的短迴路電感。

洩漏通量

一個理想的變壓器模型假設主要繞組產生的所有通量都連接每個繞組的所有轉彎，包括本身。在實踐中，某些通量橫穿路徑將其帶到繞組之外。這種通量（稱為洩漏通量）導致洩漏與相互耦合的變壓器繞組串聯的電感。斜向通量使能量交替存儲並從磁場中釋放出電源的每個循環。鏡頭比直接電源損耗相比，它導致電壓調節差，從而導致次要的電壓調節電壓不與主電壓成正比，尤其是在重負荷下。因此，變壓器通常具有非常低的洩漏電感。在某些應用中，需要增加洩漏，並且可以故意將較長的磁路徑，空氣間隙或磁旁路分流器被故意引入變壓器設計中，以限制其將提供的短路電流。滲透變壓器可用於為展示的載荷供電負電阻，例如電弧，汞和鈉燈以及霓虹燈，或者安全處理定期短路的負載，例如電弧焊機。氣隙還用於防止變壓器飽和，尤其是繞組中具有直流分子的電路中的音頻變壓器。可飽和反應器使用鐵芯的飽和度來控制交流電流。

當變壓器並行操作時，對洩漏電感的了解也很有用。可以證明，如果兩個變壓器具有相同的阻抗百分比和相關的繞組洩漏電抗性（X/R），則變壓器將以成比例的負載功率與它們各自的評分。但是，商業變壓器具有廣泛的阻抗公差。同樣，不同大小的變壓器的阻抗和X/R比往往不同。

• 等效電路

• 參考該圖，真實變壓器的物理行為可以由等效電路模型表示，該模型可以包括理想的變壓器。

• 繞線焦點損失和洩漏電抗性由該模型的以下串聯循環阻抗表示：

• 主要繞組：RP，XP

• 次要繞組：RS，XS。

• 在正常電路當量的轉換中，實際上，RS和XS通常通過將這些阻抗乘以轉彎比（NP/NS）2 = A2的平方來引用主要側。

• 鐵的損失和電抗由該模型的以下分流分支的阻抗表示：

• 鐵損失或鐵損失：RC。

• 磁反應：XM。

RC和XM統稱為模型的磁化分支。

核心損失主要是由核心中的滯後和渦流效應引起的，並且與以給定頻率運行的核心通量的平方成正比。142-143有限 - 透露率核心需要磁化電流IM以保持核心中的互助。磁化電流與磁通量相同，兩者之間的關係是由於飽和效應而非線性的。但是，按照定義，等效電路的所有阻抗都是線性的，並且這種非線性效應通常不會反映在變壓器等效電路中。 142對於正弦電源，核心通量滯後於誘導的電動力90°。當次級繞組打開時，激發分支電流I0等於變壓器的無負載電流。

最終的模型雖然有時基於線性的假設稱為“精確”等效電路，但保留了許多近似值，但可以通過假設磁化分支阻抗相對較高，並將分支重新定位到主要的主要左側，並將其重新安置在主左側。阻抗。這引入了誤差，但僅通過簡單地將兩個串聯阻抗求和來組合主要和參考的次要電阻和電抗。可以通過以下測試獲得變壓器等效電路阻抗和變換比參數：開路測試，短路測試，繞組電阻測試，變換比測試。