变压器的结构和工作原理

变压器工作原理及结构讲解

变压器是一种利用电磁感应原理，将交流电能从一电路传递到另一电路，且通过变压器的电压和电流比例得以调整的电气设备。它主要由铁心、一组或多组绕组和外壳构成。

变压器工作原理为：在变压器的磁路中，当一侧绕组接入交流电源时，就会产生交流电磁场，导致磁通量的不断变化，从而在另一侧绕组中引起电压的感应，进而引起电流的产生，实现从一侧电路向另一侧电路的电能传输。

变压器结构主要包括铁芯、绕组和外壳。铁芯的主要作用是增强交流电磁场、导磁、减小磁阻，提高效率；绕组是由导线制成的线圈，用于产生电磁感应、传递电能；外壳则是对变压器内部结构起保护作用，还可通过散热器、冷却风扇等装置实现散热。

常见的变压器类型包括隔离变压器、自耦变压器、三相变压器等，广泛应用于电力电子、通信、计算机、医疗等领域。其主要优点为功率稳定、效率高、损耗小、使用寿命长、安全可靠等。

变压器的结构和⼯作原理

变压器是利⽤电磁感应原理传输电能、信号的器件。

它具有变压、变流、变阻抗、隔离的作⽤，种类繁多应⽤⼴泛。

例如：1.电⼒系统中，升压远距离输电（如：10KV输电线路），⽤户端降压供电（如：220V市电）；

2.实验室利⽤⾃耦变压器改变电源电压；

3.测量上利⽤变压器扩⼤对交流电压、电流的测量范围；

4.电⼦设备和仪器中利⽤变压器提供多种电压和传递信号并隔离电路上的联系。

变压器虽然⼤⼩悬殊，⽤途各异，但基本结构和⼯作原理是相同的。

变压器的结构变压器由铁芯和绕组两个基本部分组成，如下图所⽰，是它的⽰意图和符号。

变压器的结构⽰意图与符号

这是⼀个简单的双绕组变压器，在⼀个闭合的铁芯上套有两个绕组，绕组与绕组之间以及绕组与铁芯之间都是绝缘的。

绕组通常⽤绝缘的铜线或铝线绕成，其中⼀个绕组与电源相连，称为⼀次绕组，另⼀个绕组与负载相连，称为⼆次绕组。

为了减少铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁芯⼤多⽤0.35～0.5 mm厚的硅钢⽚叠成，为了降低磁路的磁阻，⼀般采⽤交错叠装⽅式，即将每层硅钢⽚的接缝错开。如下图所⽰为⼏种常见的铁芯形状。

⼏种常见的铁芯形状变压器按铁芯和绕组的组合⽅式，可分为⼼式和壳式两种，如下图所⽰。

变压器的结构形式

⼼式变压器的铁芯被绕组所包围，它的⽤铁量⽐较少，多⽤于⼤容量的变压器，如电⼒变压器。

壳式变压器的绕组被铁芯锁包围，它的⽤铁量⽐较多，但不需要专门的变压器外壳，常⽤于⼩容量的变压器，如各种电⼦设备和仪器中的变压器。

变压器的⼯作原理

变压器的⼯作原理，我们将从空载运⾏、负载运⾏、阻抗变换，三种情况进⾏讲述。1.空载运⾏

如下图所⽰，变压器的空载运⾏⽰意图。

变压器的空载运⾏

变压器的⼀次绕组接上交流电压【u1】，⼆次侧开路，这种运⾏状态称为空载运⾏。这时⼆次绕组中的电流i2=0，电压为开路电压【u20】，⼀次绕组通过的电流为空载电流【i10】，各量的⽅向按习惯参考⽅向选取。上图中【N1】为⼀次绕组的匝数，【N2】为⼆次绕组的匝数。

1 变压器的结构、组成和维护保养

一、变压器的主要类型

⑴按绕组分为：  双绕组变压器

 三绕组变压器

 自耦变压器

⑵按相数分为：  单相变压器

 三相变压器

 多相变压器

(3)按用途分为：升压变压器

降压变压器

隔离变压器

(4)按冷却方式 油浸自冷变压器

干式空气自冷变压器

油浸风冷变压器

油浸水冷变压器

二、工作原理

利用电磁感应的原理来改变交流电压的装臵，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件。

三、 变压器的结构

1、一次绕组（原绕组）－电源侧

2、二次绕组（副绕组）－负载侧

3、变压器铁心 － 磁路部分

2

四、变压器组成部分

1.铁心

铁心由心柱和铁轭两部分组成。 3 心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。为减少铁心损耗，铁心用厚0.30-0.35mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。

按照铁心的结构，变压器可分为心式和壳式两种。

2.绕组

定义 ：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线（铜或铝）绕成。

一次绕组 ：输入电能的绕组。

二次绕组: 输出电能的绕组。

高压绕组的匝数多,导线细；低压绕组的匝数少，导线粗。

从高,低压绕组的相对位臵来看,变压器的绕组可分为同心式和交迭式。

同心式

结构：同心式绕组的高、低压绕组同心地套装在心柱上。

特点：同心式绕组结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。

交迭式

结构：交迭式绕组的高、低压绕组沿心柱高度方向互相交迭地放臵。

特点：交迭式绕组用于特种变压器中。

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第 1 页 共 3 页 变压器详解

一、变压器的结构及相关原理

1.变压器的结构：

变压器由线圈绕组（浸漆铜线），铁芯(硅钢片)，阻燃骨架等组成。一般而言，变压器还有一个壳，主要用来起屏蔽和固定作用。

一般的变压器具有一个初级绕组，一个或多个次级绕组，线圈绕在铁芯上，给初级绕组加上交流电，由于电磁感应的原理，在次级绕组上则有电压输出。

2.变压器的相关原理：

给变压器初级绕组加上交流电后，在次级绕组周围则产生交变的磁场。初级绕组通电后产生的磁力线绝大部分由铁芯构成回路（铁芯的磁阻远小于空气的磁阻）。次级绕组绕在铁芯上，这样它的线圈切割磁力线而产生感应电动势，结果在次级绕组两端有电压输出。无论在铁芯上绕几个次级绕组，次级绕组上都会切割磁力线而产生感应电动势。

二.变压器的类别

1.按功能分：

包括开关变压器，升压变压器，降压变压器和隔离变压器等。

2.按装配方式分：

包括插针式变压器，嵌入式变压器，有外壳固定式变压器等。

三 .变压器常用参数及表示方法

n--------变压器的匝比

N2------次级绕组的匝数（匝数：绕组的圈数）

N1------初级绕组的匝数

U2------次级绕组的输出电压

U1-----初级绕组的输入电压

I2------次级绕组的输出电流

I1------初级绕组的输入电流 浙江日通科技有限公司 友情提供

第 2 页 共 3 页 P1-----初级输入功率

P2-----次级输出功率

Z2-----变压器的负载阻抗

Z1-----变压器的初级输入阻抗

τ-----放电时间常数

T------电源周期 T=1/f

f-----电源频率f=1/T

R-----从电流流入的方向看进去的等价负载阻抗

UR----等价于负载阻抗的

IR-----等价负载阻抗R的输入电流

Ui-----稳压器的输入电压

Uo----稳压器的输出电压