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變壓器發展曆史及其工作原理
變壓器發展曆史及其工作原理
       變壓器發展曆史:法拉第在1831年8月29日發明了一個“電感環”,稱為“法拉第感應線圈”,實際上是世界上第一隻變壓器雛形。但法拉第隻是用它來示範電磁感應原理,并沒有考慮過它可以有實際的用途。1881年,路森·戈拉爾(Lucien Gaulard)和約翰·狄克遜·吉布斯(John Dixon Gibbs)在倫敦展示一種稱為“二次手發電機”的設備,然後把這項技術賣給了美國西屋公司, 這可能是第一個實用的電力變壓器,但并不是最早的變壓器。1884年,路森·戈拉爾和約翰·狄克遜·吉布斯在采用電力照明的意大利都靈市展示了他們的設備。早期變壓器采用直線型鐵心,後來被更有效的環形鐵心取代。西屋公司的工程師威廉·史坦雷從喬治·威斯汀豪斯、路森·戈拉爾與約翰·狄克遜·吉布斯買來變壓器專利以後,在1885年制造了第一台實用的變壓器。後來變壓器的鐵心由E型的鐵片疊合而成,并于1886年開始商業運用。變壓器變壓原理首先由法拉第發現,但是直到十九世紀80年代才開始實際應用。在發電場應該輸出直流電和交流電的競争中,交流電能夠使用變壓器是其優勢之一。變壓器可以将電能轉換成高電壓低電流形式,然後再轉換回去,因此大大減小了電能在輸送過程中的損失,使得電能的經濟輸送距離達到更遠。如此一來,發電廠就可以建在遠離用電的地方。世界大多數電力經過一系列的變壓最終才到達用戶那裡的。
     變壓器工作原理變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成,線圈有兩個或兩個以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級線圈,其餘的繞組叫次級線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡單的鐵心變壓器由一個軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個匝數不等的線圈構成。鐵心的作用是加強兩個線圈間的磁耦合。為了減少鐵内渦流和磁滞損耗,鐵心由塗漆的矽鋼片疊壓而成;兩個線圈之間沒有電的聯系,線圈由絕緣銅線(或鋁線)繞成。一個線圈接交流電源稱為初級線圈(或原線圈),另一個線圈接用電器稱為次級線圈(或副線圈)。實際的變壓器是很複雜的,不可避免地存在銅損(線圈電阻發熱)、鐵損(鐵心發熱)和漏磁(經空氣閉合的磁感應線)等,為了簡化讨論這裡隻介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是:忽略漏磁通,忽略原、副線圈的電阻,忽略鐵心的損耗,忽略空載電流(副線圈開路原線圈線圈中的電流)。例如電力變壓器在滿載運行時(副線圈輸出額定功率)即接近理想變壓器情況。變壓器是利用電磁感應原理制成的靜止用電器。當變壓器的原線圈接在交流電源上時,鐵心中便産生交變磁通,交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的,φ也是簡諧函數,表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應定律可知,原、副線圈中的感應電動勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數。由圖可知U1=-e1,U2=e2(原線圈物理量用下角标1表示,副線圈物理量用下角标2表示),其複有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2,稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k,即變壓器原、副線圈電壓有效值之比,等于其匝數比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
進而得出:U1/U2=N1/N2。在空載電流可以忽略的情況下,有I1/ I2=-N2/N1,即原、副線圈電流有效值大小與其匝數成反比,且相位差π。進而可得I1/ I2=N2/N1理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器本身無功率損耗。實際變壓器總存在損耗,其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高,可達90%以上。

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