变压器基本工作原理解析

变压器是通过电磁感应关系，即利用互感作用，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。这两种电路具有相同频率、不同电压和电流，也可以有不同的相数。

变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组（也叫线圈）。这两个绕组具有不同的匝数，且互相绝缘，如图8-70所示。实际上，两个绕组套在同一个铁心柱上，以增大耦合作用。图8-70中与电源相连的绕组，若是接收交流电能的称为一次绕组（俗称原边绕组），若是接收交流信号的则称为输入绕组。与负载相连的绕组，若是送出交流电能的称为二次绕组（俗称副边绕组），若是输出交流信号的则称为输出绕组。

1.空载运行

当一次绕组加上交流电源电压U₁时，在一次绕组中即产生交流电流，由于此时二次绕组开路（不接负载），所以该电流称为空载电流，用I₀表示。又由于二次侧绕组呈开路状态，则二次电流I₂=0。此时，变压器处于空载状态。

一次绕组空载电流I₀在绕组包围着的铁心中产生一个交变的磁通，该磁通通过闭合铁心的传导穿过二次绕组。根据电磁感应的原理，交变的磁通会在一、二次绕组中产生电动势E₁和E₂，根据有关公式可以推导得到其大小分别为

E₁=4.44fN₁Φ_m（8-1）

E₂=4.44fN₂Φ_m（8-2）式中 E₁为一次侧感应电动势的有效值（V）；E₂为二次侧感应电动势的有效值（V）；f为电源电压频率（Hz）；N₁为一次侧绕组的匝数；N₂为二次侧绕组的匝数；Φ_m为铁心中主磁通最大值（Wb）。

图8-70 单相变压器工作原理图

a）空载运行 b）负载运行

由式（8-1）和式（8-2）可得一、二次感应电动势之比等于一、二次绕组匝数之比，即(www.xing528.com)

即在变压器空载运行时，因I₀很小，故一次绕组的电阻降及漏抗电压降也很小，在数值上E₁≈U₁。因I₂=0，E₂在数值上等于二次绕组的空载电压U₂，即E₂=U₂。所以有

式中，K称为一、二次绕组匝数比，也称为变压器的额定电压比，旧称变比。当K>1时，该变压器是降压变压器；当K<1时，该变压器是升压变压器；当K=1时，常用作隔离变压器。欲使二次侧有不同的电压，只需在二次侧绕制不同匝数的绕组即可。但对于各类电气系统中正常运行的各种产品变压器，其电压比是一个定值，不能随意改变。

2.负载运行

当二次绕组接上负载后，如图8-70b所示，二次侧就有电流I₂流过，并产生磁通Φ₂，因而破坏了原来铁心中Φ的平衡。为“阻碍”Φ₂对铁心中原有Φ的变化，一次电流将从空载I₀电流增大到I₁。因此，当二次电流增大或减小时，一次电流也会随之增大或减小。

变压器工作时本身有一定的损耗（铜损和铁损），但与变压器传输功率相比之下则是很小的，可近似地认为变压器一次绕组输入功率U₁I₁等于其二次绕组输出功率U₂I₂，即

U₁I₁=U₂I₂由此可得

以上分析表明，当二次绕组内通过电流时，一次绕组也要通过相应的电流，且一、二次绕组内的电流之比，近似等于匝数比的倒数。这说明，变压器在改变电压的同时，也改变了电流。