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电气人需要知道的变压器小知识!

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变压器是一种利用电磁感应原理来变换交流电压的设备,其主要构件包括初级线圈、次级线圈和铁芯。在电气领域,变压器应用广泛,最常见的用途是在电源中用来变换电压和实现电气隔离。

一、线圈匝数和输出电压的关系

线圈匝数和输出电压之间的关系通常可以通过电磁感应定律来描述。特别是在变压器中,这种关系被称为变压器的匝数比。

这表示原线圈和副线圈的匝数比等于它们的电压比。例如,如果原线圈的匝数是100匝,副线圈的匝数是50匝,且原线圈的输入电压是220V,那么副线圈的输出电压将会是110V。改变线圈的匝数就可以调整输出电压。如果副线圈的匝数增加,输出电压也会增加;如果副线圈的匝数减少,输出电压也会减少。

二、低频变压器和高频变压器的区别

变压器根据工作频率的不同,可以分为低频变压器和高频变压器。低频变压器工作在50Hz左右的工频交流电下,而高频变压器的工作频率可以达到几十kHz到几百kHz。尽管两者的工作原理相同,都是利用电磁感应,但它们在制作材料和应用方面存在显著差异。

低频变压器的铁芯通常由多片硅钢片堆叠而成,传输的是正弦波信号。它在电路符号上,初级线圈通常只有一个绕组。

高频变压器则使用高频磁性材料(如铁氧体)制成铁芯,传输的是高频脉冲方波信号。由于工作频率高,相同输出功率下,高频变压器的体积比低频变压器小得多,因此在需要减少体积的开关电源中通常使用高频变压器。在高频变压器的电路符号上,初级线圈这边可能会有两个线圈。实际上,初级线圈仍然只有一个,另一个是辅助线圈。辅助线圈属于次级线圈,主要在电路中起辅助作用。

辅助线圈用于提供保护电压源和反馈信号,帮助稳定内部电源。当次级线圈输出过载时,电流过大会导致次级线圈输出电压下降,辅助线圈的输出电压也会随之下降。当下降到一定程度时,会使振荡电路无法起振,从而保护开关管。

高频变压器和低频变压器在原理相同的基础上,通过不同的材料和设计,实现了在体积和应用上的优化。

三、关于变压器的效率

变压器的效率是指在额定功率下,变压器输出功率与输入功率的比值。当变压器的输出功率等于输入功率时,效率为100%。然而,由于存在铜损和铁损,实际上不存在效率为100%的变压器。

1.铜损

变压器线圈具有一定的电阻,当电流通过线圈时,会有部分能量以热量的形式损耗。由于变压器线圈通常是由铜线绕成的,这种损耗被称为铜损。

2.铁损

变压器的铁损主要包括磁滞损耗和涡流损耗两部分:

  • 磁滞损耗:当交流电通过线圈时,会产生磁力线穿过铁芯。铁芯内部的分子相互摩擦会产生热量,从而消耗一部分电能。
  • 涡流损耗:磁力线穿过铁芯时,铁芯会产生感应电流。这些电流呈旋涡状,称为涡流,涡流的存在也会消耗一部分电能。

由于铜损和铁损的存在,变压器在工作时不可避免地会有能量损耗,因此效率总是小于100%。

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