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变压器如何工作

变压器不用任何活动部件就能改变交流电压。一次绕组里的交流电在共用铁芯中建立起磁通;由于电流不断反向,磁通也随之不停变化, 二次绕组便感应出电压。二次匝数多于一次就升压,少于一次就降压。

变压器剖面图 · TRANSFORMER CUTAWAY 交流电 → 交变磁通 → 感应二次绕组 → 电压升高或降低 叠片铁芯 闭合磁路 · 由硅钢片叠成 一次绕组 通交流电 · 产生磁通 二次绕组 感应电压 · 向外输出 绝缘 骨架与绝缘纸 交变磁通 沿铁芯闭合回路流动 交流输入 交流输出 油箱外壳 半透明 · 上方切开示意 匝数比 = 电压比:二次比一次匝数多,升压;匝数少,降压
发生的顺序 一次通交流 → 铁芯有磁通 → 磁通反向 → 二次感应 → 升压或降压
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详细说明

什么是变压器?

变压器是一种把一种交流电压变成另一种交流电压的装置。它没有任何活动部件:只有两组绕在同一个铁芯上的线圈,称为绕组。通入一次绕组的交流电在铁芯里建立起磁通,磁通又在二次绕组中感应出电压。两组绕组之间没有任何导线相连,能量完全靠铁芯里那股不断变化的磁场传递过去。

为什么要看进内部?

从外面看,变压器常常只是一个带着几根导线的金属箱,真正起作用的东西都藏在里面。把它打开,才能看清传递磁通的叠片铁芯、分别套在两侧铁芯柱上的两组绕组、把它们隔开的绝缘,以及那条“电压比其实就等于匝数比”的道理。

怎么看这张图

灰色的框就是铁芯,画成一叠叠的钢片。左边那组线圈是一次绕组,接交流电;右边那组是二次绕组,负责把电压输出。蓝色虚线标出沿铁芯环流的磁通,引出线上的虚线箭头则表示电流从一次侧进入、从二次侧流出。最外面那层淡淡的外壳就是油箱,被剖开一角以露出里面的零件。

部件及其作用

1. 交流电进入一次绕组

把交流电源接在一次绕组两端。电流不断升高、下降、又反向,每秒重复许多次,因此每一瞬间电流的大小和方向都在变化。

2. 电流在铁芯中建立磁通

线圈中的电流会产生磁场,铁芯把这股磁场引导成一股沿闭合回路流动的强磁通:沿一侧铁芯柱向上、越过上横轭、再沿另一侧铁芯柱向下,最后绕回下横轭。

3. 磁通不断变化、反向

因为一次电流不断反向,它产生的磁通也随之不停变化:增大、减小、反向、再增大。真正起作用的正是这种持续的变化,而不是磁通本身的大小。

4. 二次绕组感应出电压

变化的磁通正好穿过二次绕组。只要磁场在变化,穿过线圈就会在其中感应出电压,于是二次绕组两端便出现了电压——尽管它和一次绕组之间没有任何导线相连。

5. 匝数比决定电压

感应电压的大小取决于二次绕组的匝数相对于一次的比例。二次匝数多于一次,就把电压升高(升压变压器);少于一次,就把电压降低。功率基本守恒,所以降压时可用电流相应增大。

变压器没有活动部件,怎么改变电压?

它完全靠电磁感应。一次绕组中的交流电在共用的铁芯里建立起磁通,而电流不断反向,磁通也就不断变化。变化的磁通穿过二次绕组,在其中感应出电压。

两组线圈互相接触吗?

不接触。一次绕组和二次绕组是两个彼此独立的电路,中间没有任何导线相连。能量只通过两者之间那片变化的磁通、沿铁芯传递过去。

变压器为什么一定要用交流电?

稳定不变的电流产生稳定不变的磁通,而不变化的磁通根本感应不出电压。只有变化的磁通才行,所以变压器需要交流电这种不断反向的电流才能工作。

变压器会凭空多造出能量吗?

不会,它只是在电压和电流之间做交换。粗略地说输入功率等于输出功率:降压时可用电流相应增大,升压时电流则减小。真实变压器会有少量的发热损耗。

铁芯为什么要做成叠片?

铁芯由许多薄薄的、互相绝缘的硅钢片叠成。叠片打断了涡流原本得以环流的路径,从而减少无谓的发热,让变压器保持高效。

常见误区

两组线圈之间有一根导线相连。 感觉上电流应该是直接从一个线圈流进另一个线圈。
两组绕组在电气上是分开的。 能量只通过共用铁芯里那股变化的磁通跨越过去,而不是靠任何连接。
变压器也能升、降直流电压。 以为它对任何电源都管用,包括电池的电流。
它需要不断变化的电流。 稳定电流产生稳定磁通,什么都感应不出来——这正是变压器要用交流电的原因。
变压器能凭空多造出功率。 把电压升上去,看起来像是白赚了一笔。
它是在电压与电流之间做交换。 输出功率略小于输入功率;电压升多少倍,电流就相应降多少倍。
免责声明:本图解为教学目的做了大幅简化,真实系统变量与复杂度远超此处。不可用于工程生产用途,也不构成金融、政治或专业建议。