变压器是一种静止的电器,在街头或田头的电杆上都能看到。小的变压器在仪器中也经常能看到。变压器可以把某一电压的交流电转换成同频率的另一电压的交流电。以便输送电能,或满足仪器电路的需要。
变压器的种类很多,其基本结构和基本原理是相同的。它是由铁心和绕组(线圈)两个基本部分所组成。
1.铁心
根据变压器铁心结构的不同,变压器可分为壳式和心式两种。图11-8(1)所示为壳式变压器。这种结构的特点是铁心包围着线圈,这样就不需要专门的变压器外壳。功率较小的单相变压器多采用壳式结构。图11-8(2)所示为心式变压器。这种结构的特点是线圈包围着铁心,功率较大的单相变压器常用心式,以减少用铁量。
变压器铁心的作用是构成磁路,为了减少涡流损耗,铁心是用薄硅钢片交错迭装而成的。在硅钢片表面涂有绝缘漆并经氧化处理形成绝缘层。
2.绕组(线圈)
单相小功率变压器的绕组,多用高强度漆包线绕制。大功率变压器多用扁铜线或铝线绕制。绕制时多采用圆柱形绕组,将低压绕组靠近铁心,以便与铁心绝缘。高压绕组同心地套在低压绕组外面。变压器按照绕组的多少,可分为三类。
(1)单圈变压器 只有一个绕组,也叫自耦变压器,如图11-9(1)。
(2)双圈变压器 有两个绕组如图11-9(2)。
(3)多圈变压器 有两个以上绕组,常用的有三圈变压器,如图11-9(3)。
变压器外接电源(即输入端)的绕组叫原绕组,产生感应电压输出去接负载的绕组叫副绕组。以V1、V2分别表示原、副绕组的电压,n1、n2表示原、副绕组的匝数,I1、I2表示原、副绕组的电流,它们有如下的关系:
V1/V2=I2/I1=n1/n2
这说明变压器原绕组两端的电压和副绕组两端的电压的比等于它们的匝数比,当n2>n1时,V2>V1,变压器叫升压变压器,反之,当n2くn1时,V2<V1,变压器叫降压变压器。
如果不考虑变压器内部的能量损耗(这种损耗一般只有1~5%)。根据能量守恒定律,应有I1V1t=I2V2t,(t是电流通过的时间)这说明变压器输出功率I2V2等于输入功率I1V1。此外,也说明变压器工作时,原绕组电流强度和副绕组电流强度与它们的匝数成反比。由此可知,变压器开高电压的同时可以相应地减小电流强度,输出功率并不改变。因此,远距离输送一定功率的电能,通常采用高压输电,这样,电流小,线路上能量损耗小,导线截面积可以缩小,节省大量导电材料,较为经济。
仅有原绕组而没有副绕组的变压器叫做自耦变压器,它是将原绕组与副绕组合并为一个。自耦变压器的原理与单相双绕组变压器是一样的,在电压与匝数间同样存在下列关系:
V1/V2=n1/n2
低压小容量的自耦变压器,其副绕组的一个接头常做成自由滑动的触头。输出电压可以平滑地进行调节,这种变压器称为自耦调压器,如图11-10所示。这种变压器是化验室中常用的一种变压器,把它与电炉相联,调节输出电压,即可调节电炉的温度。也可以把它与搅拌马达相联,调节输出电压,可以调节马达转速。