變壓器是一種靜止的電器,在街頭或田頭的電桿上都能看到。小的變壓器在儀器中也經(jīng)常能看到。變壓器可以把某一電壓的交流電轉(zhuǎn)換成同頻率的另一電壓的交流電。以便輸送電能,或滿足儀器電路的需要。
變壓器的種類很多,其基本結(jié)構(gòu)和基本原理是相同的。它是由鐵心和繞組(線圈)兩個(gè)基本部分所組成。
1.鐵心
根據(jù)變壓器鐵心結(jié)構(gòu)的不同,變壓器可分為殼式和心式兩種。圖11-8(1)所示為殼式變壓器。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是鐵心包圍著線圈,這樣就不需要專門的變壓器外殼。功率較小的單相變壓器多采用殼式結(jié)構(gòu)。圖11-8(2)所示為心式變壓器。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是線圈包圍著鐵心,功率較大的單相變壓器常用心式,以減少用鐵量。
變壓器鐵心的作用是構(gòu)成磁路,為了減少渦流損耗,鐵心是用薄硅鋼片交錯(cuò)迭裝而成的。在硅鋼片表面涂有絕緣漆并經(jīng)氧化處理形成絕緣層。
2.繞組(線圈)
單相小功率變壓器的繞組,多用高強(qiáng)度漆包線繞制。大功率變壓器多用扁銅線或鋁線繞制。繞制時(shí)多采用圓柱形繞組,將低壓繞組靠近鐵心,以便與鐵心絕緣。高壓繞組同心地套在低壓繞組外面。變壓器按照繞組的多少,可分為三類。
(1)單圈變壓器 只有一個(gè)繞組,也叫自耦變壓器,如圖11-9(1)。
(2)雙圈變壓器 有兩個(gè)繞組如圖11-9(2)。
(3)多圈變壓器 有兩個(gè)以上繞組,常用的有三圈變壓器,如圖11-9(3)。
變壓器外接電源(即輸入端)的繞組叫原繞組,產(chǎn)生感應(yīng)電壓輸出去接負(fù)載的繞組叫副繞組。以V1、V2分別表示原、副繞組的電壓,n1、n2表示原、副繞組的匝數(shù),I1、I2表示原、副繞組的電流,它們有如下的關(guān)系:
V1/V2=I2/I1=n1/n2
這說明變壓器原繞組兩端的電壓和副繞組兩端的電壓的比等于它們的匝數(shù)比,當(dāng)n2>n1時(shí),V2>V1,變壓器叫升壓變壓器,反之,當(dāng)n2くn1時(shí),V2<V1,變壓器叫降壓變壓器。
如果不考慮變壓器內(nèi)部的能量損耗(這種損耗一般只有1~5%)。根據(jù)能量守恒定律,應(yīng)有I1V1t=I2V2t,(t是電流通過的時(shí)間)這說明變壓器輸出功率I2V2等于輸入功率I1V1。此外,也說明變壓器工作時(shí),原繞組電流強(qiáng)度和副繞組電流強(qiáng)度與它們的匝數(shù)成反比。由此可知,變壓器開高電壓的同時(shí)可以相應(yīng)地減小電流強(qiáng)度,輸出功率并不改變。因此,遠(yuǎn)距離輸送一定功率的電能,通常采用高壓輸電,這樣,電流小,線路上能量損耗小,導(dǎo)線截面積可以縮小,節(jié)省大量導(dǎo)電材料,較為經(jīng)濟(jì)。
僅有原繞組而沒有副繞組的變壓器叫做自耦變壓器,它是將原繞組與副繞組合并為一個(gè)。自耦變壓器的原理與單相雙繞組變壓器是一樣的,在電壓與匝數(shù)間同樣存在下列關(guān)系:
V1/V2=n1/n2
低壓小容量的自耦變壓器,其副繞組的一個(gè)接頭常做成自由滑動(dòng)的觸頭。輸出電壓可以平滑地進(jìn)行調(diào)節(jié),這種變壓器稱為自耦調(diào)壓器,如圖11-10所示。這種變壓器是化驗(yàn)室中常用的一種變壓器,把它與電爐相聯(lián),調(diào)節(jié)輸出電壓,即可調(diào)節(jié)電爐的溫度。也可以把它與攪拌馬達(dá)相聯(lián),調(diào)節(jié)輸出電壓,可以調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速。