为什么变压器不能在直流电源上运行？

当变压器的初级连接到直流电源时会发生什么？

变压器是一种在不改变初级（即输入源）频率的情况下升高或降低交流电流或电压水平的设备。

变压器只能在交流电上工作，不能在直流电上运行，即它被设计为只能在交流电和电压下运行。要知道如果我们将直流电源连接到变压器的初级会发生什么情况，请参见以下示例，其中我们先将变压器连接到交流电，然后再连接直流电。

变压器连接到交流电源

假设我们使用以下数据将变压器连接到交流电源。

• 初级电压 =V1 =230V
• 电阻 =R1 =10 Ω
• 电感 =L =0.4 H
• 源频率 =50Hz

让我们看看在交流的情况下有多少电流会流过变压器的初级。

我们知道 AC 中的电阻 =阻抗

阻抗 =Z =V / I Ω

其中 Z =√ (R ² + XL) ² 在电感电路的情况下。

XL =2πf L

XL =2 x 3.1415 x 50Hz x 0.4H

XL =125.67Ω

现在是阻抗

Z =√ (R ² + XL) ²

放置值

Z =√ (10 ² Ω + 125.67 ² Ω)

Z =126.1 Ω

现在是主要的

I =V / Z

I =230V / 126.1Ω =1.82A

AC =1.82A时的初级电流

变压器连接到直流电源

现在将同一个变压器连接到直流电压，看看会发生什么。

我们知道直流中没有频率，即 f =0。因此，如果我们将 f =XL 中的 0 =2πf L.

因此，在直流电源的情况下，变压器初级中的电流。

I =V / R

I =230V / 10Ω

I =23A。

DC =23A时的初级电流

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以上计算表明，在直流供电的情况下，变压器初级会流过过大的电流，会烧毁变压器的初级线圈。这不是唯一的原因，因为电流会是直流，现在让我们看看在变压器中出现稳态电流的情况下会发生什么。

如果变压器的初级连接到直流电源，初级将汲取稳定的电流，从而产生恒定的通量。因此，不会产生反电动势。它们的初级绕组会由于初级电阻低而消耗过多的电流，因为我们知道感抗 (XL) 为零，这是由于感抗公式 (XL =2πf L) 其中直流电源的频率为零。从而导致初级绕组过热烧毁或保险丝和断路器熔断。必须注意不要将变压器的初级连接到直流电源。

为什么变压器不能在直流而不是交流上运行？

如果我们将直流电压或电流施加到变压器的初级，结果如下

我们知道

v =L (di/dt)

在哪里：

• v =初级线圈上的瞬时电压
• L =电感的电感
• di/dt =以 A/s 为单位的电流变化的瞬时速率

在这个阶段，电流（i）将增加到危险水平并停止变化。当电流(i)没有变化时，由于di/dt =0，初级感应电压为零，导致变压器绕组与受惊的直流电源短路。

当电流超过安全水平时，会出现高功率损耗，因为P =I ² R .这会使温度上升到危险水平，并有可能导致变压器爆炸，变压器油也可能着火。

或者让我们看看法拉第第二定律

e =N dΦ / dt

在哪里

• e =感应电动势
• N =圈数
• dΦ =通量变化
• dt =时间变化

如果对变压器施加直流电压，由于电流恒定，初级会产生恒定磁通 (Φ)。

现在初级中的感应电动势将为零，因为 (dΦ/dt =0) 即 e =N dφ/dt =0，因为恒定电流引起的恒定通量。

我们也知道直流电源中没有频率，通量与频率成反比 (Φ =V / f ) 使变压器铁芯饱和。

这意味着，变压器的初级会对额外的直流电流起到短路作用，这可能会烧毁整个变压器。这就是我们不应该将变压器连接到直流电源而不是交流电源的确切原因 .

直流电源在什么条件下安全地应用于变压器初级？

在大多数情况下，这是一个电气和电子工程面试类型的问题，所以让我们看看如何将变压器连接到直流电源。

有两个条件我们可以将变压器连接到直流。

• 脉动直流作为输入
• 与初级绕组串联的高电阻

Transformer 中的脉动 DC

在此方法中，将脉动直流（包含纹波，而不是纯稳态电流）连接到变压器的初级侧。在这种情况下，负周期重置磁通，电压的时间积分在一个完整周期内为零，这再次有助于重置绕组中的磁通。这个概念用于 SMPS（开关模式电源）。

高电阻串联变压器

我们知道变压器只能在交流电上工作。在直流电源的情况下，变压器的初级可能会开始冒烟和燃烧。但是有一种方法，我们可以通过在变压器初级串联一个高阻值电阻来在直流上运行变压器（尽管电路没有输出是无用的）。

当变压器的初级绕组要连接到直流电源时。一个高电阻与初级串联。该串联电阻将初级电流限制在一个安全的直流值，从而防止初级烧坏。

请注意不要将变压器连接到直流电源，而无需与初级串联一个高电阻。因为直流没有频率，电感的阻抗（Z）为零。如果在 I =V/Z 中设置 Z =0，则电流会过高，即电感器会短路直流电压和电流。