变压器工作原理、原副边电压计算公式及变压器变压比讲解

利用我们前面两节课程中学习到的自感应与互感应原理制造的设备：变压器。

变压器工作原理

单相变压器有两个线圈共同绕在一个闭合铁芯上，如右图所示，其中与电源相连的线圈称为原边线圈，与原边线圈相关的各量的标示符号均在右下角标注以角码1，如U1、I1等，与负载项链的线圈称为副边线圈，相关度额各量的标示符号均在右下角标注角码2，如U2、I2等。

此变压器工作原理为：当变压器的原绕组施以交变电压u1时，便在原绕组中产生一个交变电流i1，这个电流在铁芯中产生交变磁通Φ，因为原、副绕组在同一个铁芯上，所以当磁通Φ穿过副绕组时，便在变压器副边产生感应电动势e2（即变压电压）。变压器中感应电动势的大小是和线圈的匝数、磁通的大小及电源的频率成正比。

原副边电压计算

变压器中感应电动势的计算公式为：

上面的公式中各量分表所指：

• E：表示感应电动势，单位伏特，简称伏（V）；
• f：表示电源频率，单位赫兹（Hz）；
• N：表示线圈匝数（匝）；
• Φ：表示磁通，单位韦伯（Wb）；

由于磁通Φ穿过原、副边绕组而闭合，所以原、副边感应电动势分别为：

两个公式相除得称为变压器的变比。

变压器变压比

在一般的电力变压器中，绕组电阻压降很小，可以忽略不计，因此在原边绕组中可以认为电压U1=E1。由于副边绕组开路，电流I2=0，它的端电压U2与感应电动势E2相等，即U2=E2。所以由上面的原、副边感应电动势公式得：

公式中K为原边电压U1和副边电压U2之比，这个K的数值称为变压器的变压比。

由上是表明，变压器原、副边绕组的电压比等于原、副绕组的匝数比，因此如果要原、副边绕组有不同的电压，只要改变他们的匝数即可。当N1＞N2时，K＞1，变压器降压；当N1＜N2时，K＜1，变压器升压。

对于已经支撑的变压器而言，其K为定值，故副边电压和原边电压成正比，也就是说副边电压随着原边电压的升高而升高，降低而降低。但加载原边绕组两端的电压必须为额定值。因为，当外加电压比额定电压略有超过时，原边绕组中通过的电流将大大增加，如果把额定电压为220V的变压器错误的接到380V的线路上，则原绕组的电流将急剧增大，致使变压器烧毁。

把变压器的副边绕组负载接通后，在副边电路中有电流I2通过，此时，称变压器负载运行。由于副边绕组中电流I2也将在铁芯中产生磁通（即自感应现象），这种磁通对于原边电流所产生的磁通而言，是起去磁作用的，即铁芯中的磁通应为原边、副边绕组中电流产生的磁通的合成。但在外加电压U1和电源频率f不变的条件下，由近似公式：

上式中可以看出，合成磁通Φ应基本保持不变。因此，随着I2出现，原边绕组中通过的电流I1将增加，这样才能使得原绕组中的磁通以免体校副绕组的磁通，另一面维持铁芯中的合成磁通保持不变。由此可知，变压器原边电流I1的大小是由副边电流I2的大小来决定的。

从能量观点来看，变压器原边线圈从电源吸取的功率P1应等于副边线圈的输出功率P2（忽略变压器的线圈电阻和磁通的传递损耗），即：

P1=P2 或 I1U1=I2U2

所以变压比：

由此可见，变压器原边、副边的电流比与他们的匝数比或电压比成反比。例如一台变压器的匝数N1＜N2，是升压变压器，则电流I1＞I2；如果绕组匝数N1＞N2为降压变压器，则电流I2＞I1。也就是说，电压高的一边电流小，而电压低的一边电流大。