变压器的基本工作原理是什么

    变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，其基本工作原理是电磁感应原理。如图1所示，一个单相变压器的两个互相绝缘的绕组，绕在一个铁芯上。电源侧绕组称为一次绕组，负载侧绕组称为二次绕组。当交流电压U1加到一次绕组后，交流电流I1流入该绕组并产生励磁作用，在铁芯中产生交变磁通Φ，这个交变磁通不仅穿过一次绕组，同时也穿过二次绕组，分别在两个绕组中产生感应电动势E1和E2。这时如果二次绕组与外电路的负载接通，便有电流I2流入负载，于是就有电能输出。

    图1    单相变压器工作原理图

    根据电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通所链接的绕组匝数及主磁通的最大值成正比，即

   E=4.44fNΦmax×10-8    (2.1.2-1)

式中E-感应电动势，V；

   f-频率，Hz；

   N-绕组匝数，匝；

    Φmax-主磁通最大值，Wb。

    由于一次、二次绕组由同一磁通交链，所以

   E1=4.44fN1Φmax×10-8      (2.1.2-2)

   E2=4.44fN2Φmax×10-8    (2.1.2-3)

式中E1-一次绕组的感应电动势，V；

   E2-二次绕组的感应电动势，V；

    N1-一次绕组匝数，匝；

   N2-二次绕组匝数，匝。

    将式(2.1.2-2)与式(2.1.2-3)相比，得

   (2.1.2-4)

    由此可见，变压器一、二次侧电动势之比等于一、二次绕组的匝数之比。

    由于一次绕组的漏抗和电阻都比较小，故可以忽略由它们所引起的电压降，即U1≈E1；而二次侧是开路状态，I2=0，则U2≈E2。

    由式(2.1.2-4)整理，得

   (2.1.2-5)

式中U1、U2-一、二次绕组的端电压；

   K-变压器的变比。

    由式(2.1.2-5)可知，绕组匝数多的一侧电压高；绕组匝数少的一侧电压低。变压器空载时，一、二次侧的电压之比近似等于一、二次绕组的匝数之比。起到了变换电压的作用。

    当变压器的二次侧接上负载后，在电动势E2的作用下，将有二次绕组电流I2通过，该电流产生的磁势F2(I2N2)也将作用于同一铁芯上，起反向去磁的作用，倾向于改变铁芯中的磁通Φ。但因主磁通Φm决定于电源电压U1，而U1基本上不变，所以当主磁通Φm改变时，一次侧的电压关系就不能平衡。一次绕组电流I1就不能保持原来的空载值，而将自动增加一个分量产生磁动势F1，以抵偿二次绕组电流I2所产生的磁动势F2，并使一次侧的电压关系保持平衡。这一新增加的电流分量对应于负载电流，故从二次侧输出的有功功率和无功功率均将通过一、二次绕组间的互感作用而由一次侧输入。

    在一、二次绕组电流I1、I2的作用下，如果不计空载电流I0，则作用在铁芯上的总磁势为

   F1 - F2=0

   I1N1 - I2N2 =0    (2.1.2-6)

由式(2.1.2-6)可知，电流I1和电流I2同相，所以

   (2.1.2-7)

由式(2.1.2-7)可以看出，一、二次绕组电流之比与一、二次绕组电压之比正好相反。

    由上述可知，变压器一次、二次绕组功率基本上不变（不计损耗），二次绕组电流I2的大小决定于负载的需要，一次绕组电流I1的大小也决定于负载的需要，变压器一、二次绕组间不仅起到变压的作用，而且也起到传递功率的作用。这就是变压器将一种等级的电压变换成为另一种等级电压的工作原理。