升压和降压变压器

到目前为止，我们已经观察到变压器的模拟，其中初级和次级绕组具有相同的电感，在两个电路中给出大致相等的电压和电流水平。然而，变压器初级和次级之间的电压和电流相等并不是所有变压器的标准。

如果两个绕组的电感不相等，就会发生一些有趣的事情：

变压器 v1 1 0 交流 10 罪 rbogus1 1 2 1e-12 rbogus2 5 0 9e12 l1 2 0 10000 l2 3 5 100 k l1 l2 0.999 vi1 3 4 交流 0 加载 4 5 1k .ac 林 1 60 60 .print ac v(2,0) i(v1) .print ac v(3,5) i(vi1) 。结尾 

频率 v(2) i(v1) 6.000E+01 1.000E+01 9.975E-05 初级绕组 频率 v(3,5) i(vi1) 6.000E+01 9.962E-01 9.962E-04 二次绕组 

请注意次级电压如何比初级电压低大约十倍（0.9962 伏与 10 伏相比），而次级电流大约大十倍（0.9962 毫安与 0.09975 毫安相比）。

我们这里有一个装置，它可以将电压降低 十倍，当前上升 十倍：

10:1 的匝数比产生 10:1 的初级：次级电压比和 1:10 的初级：次级电流比。

什么是升压和降压变压器？

这确实是一个非常有用的设备。有了它，我们可以很容易地在交流电路中倍增或分压电压和电流。事实上，变压器使电力的长距离传输成为现实，因为交流电压可以“升压”和电流“降压”，以减少连接发电站和负载的电力线沿线电阻功率损耗。

在两端（发电机和负载），变压器降低了电压水平，以实现更安全的操作和更便宜的设备。

将电压从初级增加到次级（次级绕组匝数多于初级绕组匝数）的变压器称为升压 变压器。

相反，设计为正好相反的变压器称为降压 变压器。

让我们重新审视上一节中展示的一张照片：

显示初级和次级绕组的变压器横截面有几英寸高（大约 10 厘米）。

这是一个降压变压器，初级绕组的高匝数和次级绕组的低匝数证明了这一点。该变压器作为降压单元，将高压、小电流的电源转换为低压、大电流的电源。

由于电流增加，因此需要在次级绕组中使用更大规格的导线。初级绕组不必传导那么多电流，可以由较小规格的导线制成。

变压器运行的可逆性

如果你想知道，它是 可以反向操作这些变压器类型中的任何一种（用交流电源为次级绕组供电，让初级绕组为负载供电）以执行相反的功能：升压可以用作降压，反之亦然。

但是，正如我们在本章第一节中看到的，变压器的有效运行需要针对特定​​的电压和电流工作范围设计各个绕组电感，因此如果要像这样“向后”使用变压器，则必须在每个绕组的电压和电流的原始设计参数范围内采用，以免被证明是低效的（或以免被损坏 过大的电压或电流！）

变压器构造标签

变压器通常以这样的方式构建，即哪些导线通向初级绕组，哪些导线通向次级绕组是不明显的。电力行业中用于帮助缓解混淆的一种惯例是对高压绕组（降压装置中的初级绕组；升压装置中的次级绕组）和“X”使用“H”标识低压绕组的名称。

因此，一个简单的电力变压器将有标记为“H1”、“H2”、“X1”和“X2”的电线。它通常对电线的编号（H1 与 H2 等）很重要，我们将在本章稍后部分进行探讨。

升压和降压变压器的实际意义

当您回忆起功率等于电压乘以电流并意识到变压器不能产生时，电压和电流在相反方向（一个向上，另一个向下）“步进”这一事实非常有意义 电源，只转换它。

任何输出功率大于吸收功率的设备都将违反能量守恒定律 在物理学中，即能量不能被创造或消失，只能转换。与我们看到的第一个变压器示例一样，从设备的初级到次级的功率传输效率非常好。

当考虑替代方案时，这一点的实际意义更加明显：在高效变压器出现之前，电压/电流电平转换只能通过使用电动机/发电机组来实现。

一张电机/发电机组的图纸揭示了所涉及的基本原理：（下图）

=

电机发电机说明变压器的基本原理。

在这样的机器中，电机与发电机机械耦合，发电机设计用于在电机的转速下产生所需的电压和电流水平。

虽然电动机和发电机都是相当高效的设备，但以这种方式使用两者会加剧它们的低效率，因此整体效率在 90% 或更低的范围内。此外，由于电动机/发电机组显然需要运动部件，因此机械磨损和平衡是影响使用寿命和性能的因素。

另一方面，变压器能够在没有移动部件的情况下以非常高的效率转换交流电压和电流的电平，从而使我们认为理所当然的电力的广泛分配和使用成为可能。

平心而论，应该指出的是，电动机/发电机组不一定被变压器淘汰all 应用程序。

虽然变压器在交流电压和电流电平转换方面明显优于电动机/发电机组，但它们不能将交流电源的一种频率转换为另一种频率，或者（自行）将直流电转换为交流电，反之亦然。

电动机/发电机组可以相对简单地完成所有这些事情，尽管存在已经描述的效率和机械因素的限制。

电动机/发电机组还具有动能存储的独特属性：即，如果电动机的电源因任何原因暂时中断，其角动量（旋转质量的惯性）将在短时间内保持发电机的旋转，从而将发电机供电的任何负载与主电力系统中的“故障”隔离。

升压降压变压器运行分析

仔细观察 SPICE 分析中的数字，我们应该会看到变压器变比与两个电感之间的对应关系。请注意初级电感 (l1) 的电感是次级电感的 100 倍（10000 H 对 100 H），并且测得的降压比为 10:1。

电感越大的绕组电压越高，电流越小。

由于变压器中两个电感器缠绕在相同的磁芯材料上（为了实现两者之间最有效的磁耦合），除了每个线圈的匝数不同外，影响两个线圈电感的参数是相同的。

如果我们再看看我们的电感公式，我们会看到电感与平方成正比 线圈匝数：

因此，很明显，我们在最后一个 SPICE 变压器示例电路中的两个电感器（电感比为 100:1）应该具有 10:1 的线圈匝数比，因为 10 的平方等于 100。

这与我们发现的初级和次级电压和电流之间的比率相同 (10:1)，因此我们可以说，电压和电流变压比通常等于初级和次级之间的绕组匝数比。

降压变压器：（多圈：少圈）。

变压器中线圈匝数比的升压/降压效应类似于机械齿轮系统中的齿轮齿比，以几乎相同的方式转换速度和扭矩值：

扭矩减速齿轮系降低扭矩，同时提高速度。

用于配电目的的升压和降压变压器与之前所示的电力变压器成比例可能是巨大的，有些装置与房屋一样高。下图显示了一个大约 12 英尺高的变电站变压器：

变电站变压器。

评论：

• 变压器根据初级线圈与次级线圈的匝数比“升高”或“降低”电压。

• 旨在将初级电压升高到次级的变压器称为升压 变压器。旨在降低初级到次级电压的变压器称为降压 变压器。
• 变压器的变压比等于其初级与次级电感 (L) 比的平方根。

相关工作表：

• 升压、降压和隔离变压器工作表