變壓器是什麼 ? 是如何轉換電力 ?
變壓器的結構與組成 :
變壓器線路組成 N1 : N2 範例 :
變壓器主要構件是初級線圈N1與次級線圈N2和鐵芯組成,主要功能為電壓轉換,電流轉換,隔離,阻抗變換、穩壓等。
當交流電通過變壓器的一次繞組時,電力產生磁力,鐵芯的功用是導引一次和二次線圈的磁場路徑,將磁場傳導至二次線圈後,迫使線圈內的電荷Q移動,進而形成電動勢ε ,產生電流I,獲得能量W。
變壓器的損耗分為鐵損(鐵芯)和銅損(線圈),損耗會轉換成熱能造成溫升。而鐵芯的作用是加強兩個線圈間的耦合。為了減少鐵損,需減少鐵芯的磁滯損耗(Hysteresis losses)與渦流損耗(Eddy-current losses)。
磁滯損(Hysteresis losses),與鐵芯材料有關,當電生磁,鐵芯的磁場改變,磁化強度也會改變,可從B-H曲線來判別,曲線面積越大,磁滯損越大。
磁材的磁場強度(H)和磁感應強度(B)之間的關係是非線性的。如果在增強磁場條件下,此二者關係將呈曲線上升到某點,到達此點後,即使磁場強度H繼續增加,磁感應強度B也不再增加,該情況被稱為磁飽和(magnetic saturation)。
BR 表示剩磁,是指磁體經磁化至飽和以後,撤去外磁場,在原來外磁場方向上仍能保持一定的磁化強度。
而HC為矯頑力,磁性材料已經磁化到磁飽和後,要使其磁化強度減到零所需要的磁場強度,矯頑力小的鐵磁性材料則稱為軟磁性。
渦流損(Eddy-current losses),電生磁,產生渦電流在鐵芯移動,鐵芯材料的電阻而發熱耗散,渦流損和電流循環面積的大小成正比。
• 變壓器的主要功能有三 : 升壓、降壓、隔離。
只要調整兩側線圈匝數比,即可達到電壓升降。
若變壓器的一次繞組線圈匝數為 5,二次繞組匝數為 10,則會形成 1:2 升壓變壓器,意即電壓從一次繞組傳導至二次繞組後會加倍。
相反地,若一次繞組線圈匝數為 10,二次繞組匝數為 5,則會形成 2:1 降壓變壓器,將電壓減半。
具備這些基本知識後,變壓器其實是相當簡易的裝置。變壓器的類型廣泛,包括電力、隔離、訊號處理、電流感測等類型。
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