从磁通量恒定来探讨变压器原理

一、变压器传输电能原理

  在探讨变压器原理前，我们首先观察一下图1所示的纯电阻电路，

http://s11/mw690/001dB2hVzy7fuA39jxoca&690

图1

电阻R是一只白炽灯，在其回路接通正常发光时，左侧电源的电压U应该与右侧白炽灯的电压降相等，这才能构成一个稳定的电流回路。根据公式U=IR，当电阻R减少为原来一半时，电流I必须增大为原先的2倍，才能保持右侧的电压降不变。

 http://s14/mw690/001dB2hVzy7fuA5tFh3ad&690

图2 

参见图2所示的交流单相变压器，在忽略铜损（漆包线电阻通过电流后产生的损耗）和铁损（变压器铁芯在交变磁场下内部产生涡流的损耗和磁场外泄和磁滞产生的损耗）的前提下。

1、当变压器空载时，空载电流等于励磁电流。励磁电流产生空载磁动势I0N1，并产生空载磁通量Φm，进而感应出与电源电压U1大小相等、方向相反的反电动势e1（类似于纯电阻电路中的电压降），此时构成了稳定的电流回路。

根据公式E1==4.44fN1Φm   因电源电压U1是一定的，要构成稳定的电流回路，自感电势E1也必须与U1相同、也是一定的，因公式中频率f和一次绕组匝数N1不变，所以磁通量Φm也恒定不变。

2、当变压器带载时，二次绕组中有电流I2流过，I2产生的磁动势I2N2会削减空载磁动势I1N1，进而减少空载磁通量Φm。为保持回路的稳定，即保持一次绕组反电动势不变，与纯电阻电路类似，一次绕组中的电流I1会增大，其磁动势I1N1的增加部分与I2产生的磁动势I2N2大小相等、方向相反，正好相互抵消，根据磁动势公式I0N1=I1N1-I2N2 ，一次绕组的总磁动势仍等于空载磁动势，也就保持了空载磁通量Φm的恒定不变。由此我们可以看出，一次电流随二次电流而变化，变化的结果仍然保持了空载磁通量Φm的恒定不变，构成了稳定的电流回路。（变压器在稳态运行时，其励磁电流不大，只有额定电流的2-5%。）以上就是变压器的能量传递原理。

二、变压器的变压原理

参见图2，当变压器的一次绕组施以交变电压u1时，便在一次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Φm（空载磁通量），就产生感应电动势e1。因为一、二次绕组绕在同一个铁芯上，所以磁通Φm也同样穿过二次绕组，在变压器二次绕组产生感应电动势e2。因不论空载或有载，磁通Φm恒定不变。由以下2个公式

 E1==4.44fN1Φm

 E2==4.44fN2Φm 

可得出E1/E2=N1/N2   进而得到E2=N2/N1×E1

由上面公式可看出，只要改变N2/N1的比值就可得到变化后的E2，这就是变压器的变压原理。