變壓器的執行原理

---

變壓器

一個 變壓器 是一種靜態 電氣裝置，用於在恆定頻率下提高或降低交流電源的電壓等級，並相應地降低或提高電流。

變壓器的組成部分

一個典型的變壓器主要由以下幾個部分組成：

• 磁芯
• 變壓器繞組
• 變壓器本體/油箱和絕緣油
• 油箱
• 呼吸器

磁芯

變壓器的鐵芯由高磁導率的磁性材料製成。由於變壓器承受交流電源，因此其鐵芯由疊加在一起的薄層壓片構成，以減少鐵芯中的渦流損耗。變壓器的繞組繞在鐵芯上。變壓器的鐵芯主要有兩個作用：

• 它為繞組提供支撐。
• 它為磁通提供低磁阻路徑。

變壓器繞組

變壓器有兩個繞組，即初級繞組和次級繞組。連線到交流電源的繞組稱為初級繞組，而連線負載的繞組稱為次級繞組。需要改變幅值的交流電壓 V₁ 加在初級繞組上。

根據初級和次級繞組的匝數，在變壓器的次級繞組中會感應出一個交變電動勢 (E₂)。這個感應電動勢 (E₂) 產生負載電流 I₂，因此負載兩端會出現終端電壓 V₂。

如果 V₂> V₁，則該變壓器稱為升壓變壓器。另一方面，如果 V₁ > V₂，則該變壓器稱為降壓變壓器。

變壓器本體/油箱和絕緣油

變壓器油箱保護變壓器的鐵芯和繞組。變壓器的鐵芯和繞組佈置浸沒在裝有絕緣油的油箱中。絕緣油/絕緣油作為變壓器鐵芯和繞組的絕緣介質，也吸收產生的熱量，因此它也起著變壓器冷卻介質的作用。

油箱

變壓器的主油箱透過管道連線到一個小型油箱，稱為油箱。油箱的主要功能是在所有執行條件下保持變壓器油箱完全充滿絕緣油。油箱被設計為變壓器油的儲油器。當變壓器的溫度升高時，變壓器內部的油會膨脹。油箱為這種絕緣油的膨脹提供了空間。

呼吸器

變壓器的呼吸器由矽膠組成，它可以防止任何大氣中的水分隨空氣進入變壓器的油箱。當變壓器的溫度下降時，它會使絕緣油收縮，因此變壓器會吸入大氣中的空氣。因此，空氣中的所有水分都會被呼吸器中的矽膠吸收。

變壓器的執行原理

變壓器的執行基於兩個磁耦合線圈之間的互感原理。

根據互感原理，當交流電壓加到變壓器的初級繞組上時，會在鐵芯中產生一個交變磁通 ϕ_m，稱為互通磁通。這個交變磁通磁性地連線兩個繞組，並根據法拉第電磁感應定律在變壓器的初級繞組中感應出電動勢 E₁，在次級繞組中感應出電動勢 E₂。電動勢 (E₁) 稱為初級電動勢，電動勢 (E₂) 稱為次級電動勢，分別表示為：

$$\mathrm{E_{1}\:=\:-N_{1}\frac{d\varphi_{m}}{dt}}$$

和

$$\mathrm{E_{2}\:=\:-N_{2}\frac{d\varphi_{m}}{dt}}$$

因此，

$$\mathrm{\frac{E_{2}}{E_{1}}\:=\:\frac{N_{2}}{N_{1}}}$$

從上面的表示式可以看出，電動勢 E₁ 和 E₂ 的大小分別取決於變壓器初級和次級繞組的匝數，即如果 N₂ > N₁，則 E₂ > E₁，因此變壓器將是升壓變壓器；如果 N₂ < N₁，則 E₂ < E₁，因此變壓器將是降壓變壓器。

如果現在在次級繞組上連線負載，則電動勢 E₂ 將使負載電流 I₂ 流過負載。因此，變壓器能夠將能量從一個 電路 傳輸到另一個電路，同時改變電壓等級。