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摘要：本文就几种常见变压器的原理加以对比、分析与探讨。从而对各种常见电动机的特性及应用有进一步的认识。
关键词：变压器；升压；降压；变比；原理；特性
引言
变压器是利用电磁感应原理，将某一数值的交流电压变换为同频率的另一数值的交流电压的电气设备。除了在电力系统中用于升高或降低电压的电力变压器外，还有具有稳压、陡降、移相、改变波形等特性的变压器。
1三相变压器的原理
变压器的主要部件是铁芯及套在铁芯上的绕组。把与交流电源连接的绕组称为原绕组，其匝数用N1表示；把与负载Zfz（如灯泡）连接的绕组称为副绕组，其匝数用N2表示。当原绕组接通交流电源，原绕组有电流i1通过时，将激发铁芯产生交变的磁通。由于原、副绕组套在同一铁芯柱上，铁芯中的交变磁通同时交连原、副绕组，于是在两绕组中产生频率相同的交变感应电动势e1、e2。显然，对于负载来说，副绕组中的感应电动势e2相当于电源，在副绕组接通的回路中，便有电流i2通过，使负载工作。
上述过程说明，变压器原绕组从交流电源吸收电能，通过铁芯中的磁通将其传递到副绕组供给负载。事实证明，变压器能传递交流电能，而不能改变电能，即在传递过程中不改变电流与电压大小的乘积，P=U1I1≈U2I2；变压器能改变交流电压或电流的大小，而不改变其频率。
由此可见，变压器的基本工作原理是当变压器原绕组通以交流电流时，在其铁芯中产生交变磁通，根据电磁感应原理，原、副绕组都产生感应电动势，副绕组的感应电动势相当于负载的电源，变压器便将电能从原绕组传递到负载。
三相变压器按铁心结构分为三相组式变压器和三相心式变压器。
三相组式变压器的组成：由完全相同的三台单相变压器按三相连接方式连接而成。
三相组式变压器的磁路结构特点：（1）有三个独立的变压器铁芯；（2）三相磁路互不关联，各相彼此独立；（3）三相电压平衡时，三相电流、磁通也平衡。
三相心式变压器的组成：三相心式变压器是由三相组式变压器演变而成，是现在三相变压器的主要结构。把三个单相铁心合并在一起，由于三相磁通对称，其相量和为零，因此可省去中间铁芯柱，再将三个心柱安排在同一平面上，便得到三相心式变压器。
三相心式变压器的磁路特点：（1）三个铁心互不独立；（2）三相磁路互相关联；（3）中间相的磁路短、磁阻小；当三相电压平衡时，三相电流稍有不对称。
2互感器的工作原理
2.1电流互感器的工作原理
把大电流变成小电流的变压器，是电流互感器。电流互感器结构上与普通双绕组变压器相似，也有铁芯和原、副绕组，如图1所示。原绕组通常叫做一次绕组或一次侧，匝数很少，只有一匝到几匝，导线很粗。原绕组串联在一次电路中，流过一次电流，一次电流I1的大小由一次电路的负载决定。电流互感器的副绕组也叫做二次绕组或二次侧，它的匝数较多，副绕组与电流表或功率表的电流线圈、继电器的线圈等串联成为闭合电路。由于这些线圈的阻抗都很小，二次侧近似于短路状态。所以，电流互感器在工作时近似于短路运行的升压变压器。由于一次侧绕组的阻抗小，又串联在一次电路中，原绕组的电压几乎为“0”；又由于交流铁芯线圈电路的主磁通正比于电压，根据磁势平衡方程式，当不考虑相位关系，电流互感器的变流比Ki=I1/I2
由上面分析，可以看出电流互感器的工作特点如下：
互感器原绕组的输入和副绕组的输出都是电流，而电压几乎为“0”。这与普通变压器有所不同，说明它传递和改变的是电流而不是电压。
互感器工作在短路状态，若副绕组开路，因为原边电流I1很大，磁势平衡被打破，这样就在铁芯中产生磁势很强的磁通，这个磁通使铁芯损耗增加，使铁芯过热，绝缘损坏；很强的磁通使二次侧产生几百伏甚至上千伏的高压，危及仪表和操作人员的安全。因此电流互感器在运行时，副绕组是绝对不允许开路的。
2.2电压互感器的工作原理
电压互感器实质是一个降压变压器，其工作原理与普通变压器没有区别，也是由铁芯和原绕组（一次侧）、副绕组（二次侧）两个主要部分组成，如图2所示。它的主要特点在于：原绕组匝数较多，并联在被测电路中；副绕组匝数较少，与高阻抗的测量仪表或继电器的线圈连接。电压互感器有很准确的电压比，副绕组电流很小，近似等于“0”。所以电压互感器正常运行时，接近于空载运行的变压器。根据变压器原理，它的原绕组与副绕组的电压之比等于它们的匝数之比，即U1/U2=N1/N2=Ku；
3自耦变压器的工作原理
根据自感现象制成的变压器，称为自感变压器，也称为自耦变压器。自耦变压器与普通变压器不同的是，自耦变压器只有一个线圈，如图3所示。整个线圈的匝数为N1，并用它做一个绕组；在这个线圈中匝数为N2的地方作一抽头成为另一个绕组；匝数为N2的一部分线圈是原、副绕组的公共部分。当把其中一个绕组接到交流电源上时，在铁芯中形成磁通，在匝数N1的整个线圈和匝数为N2的公共部分产生感应电动势E1、E2，若两个绕组的端电压为U1、U1，则U1/U2≈E1/E2=N1/N2=K。
4电焊变压器的工作原理
4.1磁分路动铁式电焊变压器的工作原理
磁分路动铁式电焊变压器是在铁芯的两柱中间又装了一个活动的铁芯柱，称为动铁芯。原绕组绕在左边一铁芯柱上，而副绕组分两部分：一部分在左边与原绕组同绕在一个铁芯柱上的外层，另一部分在右边一个铁芯柱上，如图4所示。由于动铁芯可以推进和拉出，这样就可以方便地改变变压器的漏磁通。当动铁芯在全部推进位置时，漏磁通增加，输出电压降低，且随输出电流的增大而下降较快；当动铁芯在全部拉出的位置时，漏磁通减少，输出电压升高，且随输出电流的增大而下降较慢。
4.2动圈式电焊变压器的工作原理
动圈式电焊变压器的铁芯是壳式结构，铁芯气隙是固定不可调的。原绕组固定在铁芯下部，副绕组为可动线圈，置于固定线圈的上面，并且可借助调节机构上下移动可动线圈，改变它与固定线圈的距离L0，如图5所示。原、副绕组的距离L0越小，则耦合越紧，漏抗越小，输出电压越高，焊接电流越大；原、副绕组的距离L0越大，则耦合越差，漏抗越大，输出电压越低，焊接电流越小。
以上就是几种常见变压器的原理，因为原理不同所以有不同的特点及应用。
参考文献
[1]李刚.电机与变压器[M].南开大学出版社,2013.
[2]许翏.电机与电气控制技术[M].机械工业出版社,2012.
论文作者:寇金煌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：绕组论文; 变压器论文; 铁芯论文; 线圈论文; 电流论文; 电压论文; 工作原理论文; 《电力设备》2017年第12期论文;