变压互感器结构和匝数比案例基础知识

变压器是由两个或多个线圈组成的电气设备，用于通过变化的磁场传递电能

我们使用交流交流电压和电流的主要原因之一在我们的家庭和工作场所，交流电源可以很方便地在一个方便的电压下产生，转换（因此名称变压器）到更高的电压，然后使用国家电网塔和电缆在很长的距离内分布在全国各地。

将电压转换为更高水平的原因是，较高的分配电压意味着相同功率的电流较低，因此沿着网络电缆网格的I 2 * R损耗较低。这些更高的交流输电电压和电流可以降低到更低，更安全和可用的电压水平，可以用来为家庭和工作场所的电气设备供电，所有这一切都可以归功于基本的电压互感器。

典型的电压互感器

电压互感器可以是被认为是电子元件而不是电子元件。变压器基本上是非常简单的静态（或静止）电磁无源电气设备，它通过将电能从一个值转换为另一个值来实现法拉第感应定律的原理。

变压器通过链接实现这一点将两个或多个电路一起使用由变压器本身产生的公共振荡磁路。变压器以互感的形式运行在“电磁感应”的原理上。

互感是一个线圈将一个电磁磁感应到位于其附近的另一个线圈的过程。 。然后我们可以说变压器在“磁畴”中工作，而变压器的名字来自于它们将一个电压或电流水平“转换”成另一个电压或电流水平。

变压器能够增加或减少电源的电压和电流水平，不改变其频率，或通过磁路从一个绕组传递到另一个绕组的电功率。

单相电压互感器基本上由两个电气线圈组成电线，一个称为“初级绕组”，另一个称为“次级绕组”。对于本教程，我们将变压器的“主”侧定义为通常需要电源的一侧，将“次级”侧定义为通常提供电源的一侧。在单相电压互感器中，初级通常是具有较高电压的一侧。

这两个线圈彼此不电接触，而是围绕称为“核心”的共同闭合磁铁电路缠绕在一起。这种软铁芯不是坚固的，而是由连接在一起的单个叠片组成，有助于减少磁芯的损耗。

两个线圈绕组彼此电隔离，但通过公共磁芯磁性连接，允许电源从一个线圈转移到另一个线圈。当电流通过初级绕组时，会产生一个磁场，如图所示，它会向次级绕组产生电压。

单相电压互感器

换句话说，对于变压器，两个线圈绕组之间没有直接的电气连接，因此它的名称也是隔离变压器。通常，变压器的初级绕组连接到输入电压源并将电能转换或转换成磁场。虽然次级绕组的工作是将这个交变磁场转换成电能，产生所需的输出电压，如图所示。

变压器结构（单相）

其中：

V P - 是主电压

V S - 是次级电压

N P - 是初次绕组的数量

N S - 是次级绕组的数量

Φ（phi）-is Flux Linkage

请注意，两个线圈绕组没有电气连接，只是磁性连接。单相变压器可以操作以增加或减小施加到初级绕组的电压。当变压器用于“增加”次级绕组相对于初级绕组的电压时，它被称为升压变压器。当它用于“降低”次级绕组相对于初级绕组的电压时，它被称为降压变压器。

然而，存在第三种情况，其中变压器在其次级上产生的电压与施加在初级绕组上的电压相同。换句话说，其输出在电压，电流和功率传输方面是相同的。这种类型的变压器称为“阻抗变压器”，主要用于阻抗匹配或相邻电路的隔离。

初级绕组和次级绕组之间的电压差是通过改变初级绕组中的线圈匝数（ N P ）来实现的。线圈接通次级绕组（ N S ）。

由于变压器基本上是一个线性器件，匝数之间现在存在一个比例初级线圈的数量除以次级线圈的匝数。这个比率，称为变换比率，通常称为变压器“匝数比”，（ TR ）。该匝数比值决定了变压器的工作情况以及次级绕组上可用的相应电压。

有必要知道初级绕组上的导线匝数与次级绕组的比率。匝数比没有单位，按顺序比较两个绕组，并用冒号写入，例如 3：1 （3对1）。这意味着在这个例子中，如果初级绕组上有3伏电压，次级绕组上将有1伏特，3伏特到1伏特。然后我们可以看到，如果匝数之间的比率发生变化，产生的电压也必须以相同的比率变化，这是正确的。

变压器都是关于“比率”的。初级与次级的比率，输入与输出的比率以及任何给定变压器的匝数比将与其电压比相同。换句话说，对于变压器：“匝数比=电压比”。任何绕组上的实际匝数通常都不重要，只有匝数比，这种关系如下：

A变压器匝数比

假设一个理想的变压器和相角：Φ P ≡Φ S

请注意，表达变压器匝数比值时的数字顺序非常重要，因为匝数比 3：1 表示一个非常不同的变压器关系和输出电压其中匝数比为： 1：3 。

变压器基础示例No1

变压器在其初级线圈上有1500匝导线和次级线圈的500匝电线。什么是变压器的匝数比（TR）。

3的比率： 1 （3比1）简单地表示每个次级绕组有三个初级绕组。随着比率从左侧的较大数字移动到右侧的较小数字，因此初级电压的值逐步降低，如图所示。

变压器基础知识示例No2

如果将240伏有效值施加到上述同一变压器的初级绕组上，则会产生二次空载电压。

再次确认变压器是“降压”变压器，因为初级电压为240伏，相应的次级电压低于80伏。

然后变压器的主要目的是以预设的比率转换电压，我们可以看到初级绕组上有一定数量或数量的绕组（线圈），以适应输入电压。如果次级输出电压与初级绕组上的输入电压值相同，则必须将相同数量的线圈匝数缠绕到次级磁芯上，因为初级磁芯上的匝数比为 1：1 （1对1）。换句话说，一个线圈在次级线圈上接通，一个线圈在初级线圈上转动。

如果输出二次电压要大于或高于输入电压，（升压变压器）则必须在次级上更多匝数给出匝数比 1：N （1到N），其中 N 表示匝数比数。同样，如果要求次级电压低于或低于初级（降压变压器），则次级绕组的数量必须小于匝数比 N：1 （N-to-1）。

变压器动作

我们已经看到，与初级绕组相比，次级绕组上的线圈匝数，匝数比，影响量可从次级线圈获得的电压。但是，如果两个绕组彼此电隔离，那么这个二次电压是如何产生的？

我们之前已经说过，变压器基本上由缠绕在共同软铁芯上的两个线圈组成。当交流电压（ V P ）施加到初级线圈时，电流流过线圈，线圈又在其周围建立磁场，称为 mutual电感，根据电磁感应的法拉第定律通过该电流流动。当电流从零上升到最大值时，磁场强度逐渐增大，其最大值为dΦ/ dt 。

当这个电磁铁设置的磁力线从线圈向外扩展时，软铁芯形成一条路径并集中磁通量。在交流电源的影响下，这种磁通量会使两个绕组的匝数在相反的方向上增大和减小。

然而，感应到软铁芯的磁场强度取决于量电流和绕组的匝数。当电流减小时，磁场强度降低。

当磁通线绕磁芯流动时，它们通过次级绕组的匝，导致电压感应到次级线圈。感应电压的大小将由下式确定： N *dΦ/ dt （法拉第定律），其中 N 是线圈匝数。此感应电压与初级绕组电压具有相同的频率。

然后我们可以看到在两个绕组的每个线圈匝中感应出相同的电压，因为相同的磁通量连接两个绕组的匝数。一起。结果，每个绕组中的总感应电压与该绕组中的匝数成正比。但是，如果磁芯的磁损耗很高，则次级绕组上可用的输出电压的峰值幅度将会降低。

如果我们希望初级线圈产生更强的磁场来克服磁芯磁损耗，我们可以通过线圈发送更大的电流，或保持相同的电流流动，而是增加绕组的线圈匝数（ N P ） 。安培时间转数的乘积称为“安培转数”，它决定了线圈的磁化力。

假设我们有一个主变压器只有一个转弯，只有一个转弯次要的。如果在初级线圈的一圈上施加一伏特，假设没有损耗，则必须流过足够的电流并产生足够的磁通量以在次级线圈的单圈中产生一伏特。也就是说，每个绕组每圈支持相同的伏特数。

当磁通量正弦变化时，Φ=Φ max sinωt，则 N 圈的线圈绕组中感应电动势（ E ）之间的基本关系由下式给出：

emf =转动x变化率

其中：

ƒ - 是通量频率在赫兹， =ω/2π

N - 是线圈绕组的数量。

Φ - 是网络中的通量

这被称为变压器EMF方程。对于初级绕组电动势， N 将是初级匝数（ N P ），对于次级绕组电动势， N 将是次级匝数，（ N S ）。

另请注意，变压器需要交流磁通量因此，变压器不能用于转换或提供直流电压或电流，因为必须改变磁场以在次级绕组中感应出电压。换句话说，变压器不能在稳态直流电压下运行，只能在交流或脉动电压下工作。

如果变压器初级绕组连接到直流电源，则感应电抗为由于DC没有频率，绕组将为零，因此绕组的有效阻抗将非常低并且仅等于所用铜的电阻。因此，绕组将从直流电源吸收非常高的电流，导致其过热并最终烧坏，因为我们知道 I = V / R 。

变压器基础知识示例No3

单相变压器在初级绕组上有480匝，在次级绕组上有90匝。当2200伏特，50Hz施加到变压器初级绕组时，磁通密度的最大值为1.1T。计算：

a）中。核心中的最大通量。

b）。核心的横截面积。

C）。二次感应电动势。

变压器中的电力

另一个变压器基础参数是其额定功率。通过简单地将电流乘以电压来获得变压器的额定功率，以获得<伏>安培（ VA ）的额定值。小型单相变压器的额定电压仅为伏安，但更大的电力变压器的额定电压为千伏安，（ kVA ），其中1千伏 - 安培等于1,000伏安，单位兆伏安（ MVA ），其中1兆伏安等于1百万伏安。 / p>

在理想的变压器中（忽略任何损耗），次级绕组中的可用功率将与初级绕组中的功率相同，它们是恒定功率器件，并且不会仅将电压改变为目前的比例。因此，在理想变压器中，功率比等于1（单位），因为电压 V 乘以电流， I 将保持不变这就是初级电压上一个电压/电流水平的电能被“转换”成电能，在相同的频率下，再次转换为次级侧的相同电压/电流水平。虽然变压器可以升压（或降压）电压，但它不能升压电源。因此，当变压器升压电压时，它逐步降低电流，反之亦然，因此输出功率始终与输入功率相同。然后我们可以说主功率等于次级功率，（ P P = P S ）。

变压器

其中：Φ P 是初级相角和Φ S 是次级相角。

注意，由于功率损耗与传输电流的平方成正比，是： I 2 R ，增加电压，假设加倍（×2）电压会使电流减少相同的量，（÷2）同时提供相同的电压负载的功率，因此减少了4倍的损耗。如果电压增加了10倍，电流将减少相同的因数，将总损耗减少100倍。

变压器基础知识 - 效率

变压器不需要任何移动部件来传输能量。这意味着没有与其他电机相关的摩擦或风阻损失。然而，变压器确实遭受其他类型的损失，称为“铜损”和“铁损”，但通常这些损失非常小。

铜损，也称为 I 2 R 损耗是由于在变压器铜绕组周围循环电流而在热量中损失的电功率，因此得名。铜损是变压器运行中的最大损失。通过对安培进行平方并乘以绕组的欧姆电阻（ I 2 R ），可以确定（每个绕组中）功率损失的实际功率。

铁损，也称为滞后，是磁芯内磁性分子的滞后，响应于交变磁通量。这种滞后（或异相）状态是由于它需要动力来反转磁性分子;它们不会反转，直到助焊剂达到足够的力来扭转它们。

它们的反转导致摩擦，并且摩擦在核心产生热量，这是一种动力损失的形式。通过使用特殊钢合金制造铁芯，可以降低变压器内的磁滞。

变压器的功率损耗强度决定了其效率。变压器的效率反映在初级（输入）和次级（输出）绕组之间的功率（瓦特）损耗中。然后，变压器的效率等于次级绕组的功率输出 P S 与初级绕组的功率输入之比 P P 因此很高。

理想的变压器100％高效，因为它可以提供所有能量。另一方面，真正的变压器不是100％有效，在满载时，变压器的效率在94％到96％之间，这是安静的。对于具有恒定电压和频率以及非常高容量的变压器，效率可高达98％。变压器的效率η如下：

变压器效率

：输入，输出和损耗均以功率单位表示。

通常在处理变压器时，主要功率称为“伏安”，VA以区分它们与次级功率。然后上面的效率方程可以修改为：

有时更容易记住变压器之间的关系使用图片输入，输出和效率。这里三个 VA ， W 和η的量已叠加到一个三角形中，顶部有瓦特功率，电压和效率在底部。此排列表示效率公式中每个数量的实际位置。

变压器效率三角形

并转置上述三角形数量给出了以下相同方程式的组合：

然后，找到 Watts （输出）= VA x eff。，或找到 VA （输入）= W / eff。，或者找到效率， eff。 = W / VA 等

Transformer Basics Summary

然后总结一下这个变形基础教程。 A变压器使用磁场将其输入绕组上的电压电平（或电流电平）更改为其输出绕组上的另一个值。变压器由两个电气隔离线圈组成，以法拉第的“互感”原理工作，其中在变压器次级线圈中通过初级线圈绕组中流动的电压和电流产生的磁通量感应出EMF。

初级和次级线圈绕组都缠绕在由单个叠片制成的普通软铁芯上，以减少涡流和功率损耗。变压器的初级绕组连接到AC电源，其本质上必须是正弦的，而次级绕组向负载提供电力。话虽如此，如果观察到电压和电流额定值，变压器可以反向使用连接到次级绕组的电源。

我们可以用框图形式表示变压器如下：

变压器的基本表示

变压器初级绕组和次级绕组的比率彼此产生升压变压器或降压变压器，初级匝数与次级匝数之比称为“匝数比”或“变压器比”。

如果此比率小于1， n <1 则 N S 大于 N P 并且变压器被归类为升压变压器。如果此比率大于1， n> 1 ，则 N P 大于 N S ，变压器被归类为降压变压器。注意，单相降压变压器也可以简单地通过反转其连接并使低压绕组成为初级变压器而用作升压变压器，反之亦然，只要变压器在其原始VA设计额定值内运行即可。 / p>

如果匝数比等于1， n = 1 则初级和次级绕组的数量相同，因此两个绕组的电压和电流相同。

这种类型的变压器被归类为隔离变压器，因为变压器的初级和次级绕组每圈具有相同的伏特数。变压器的效率是它输送到负载的功率与它从电源吸收的功率之比。在理想的变压器中没有损耗，所以没有功率损失，然后 P IN = P OUT 。

在接下来的教程Transformer Basics，我们将看一下物理变压器构造，并看看用于支持初级和次级绕组的不同磁芯类型和叠片。