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变压器的输入端为什么不会短路?变压器输入短路是什么原因

作者:机械网
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变压器的输入端为什么不会短路?变压器输入短路是什么原因

  

变压器的输入端为什么不会短路?变压器输入短路是什么原因

  是不是感觉很神奇?变压器输出端会短路,为什么输入端直接接电压却不会短路?这就是科学的奥秘。

  变压器线圈一般是由铜丝组成,铜丝相当于导线,导线是有相应电阻的,其电阻的公式为R=ρ*l/s,ρ为电阻率,l为导线的长度,s为导线的横截面积。

  假设220VAC转24VAC的变压器,初级线圈匝数为1000,那么次级线圈匝数为109,分别绕在变压器铁芯上,假设平均每圈长度为20cm,则初级线圈导线总长度为200米,常温下铜的电阻率为0.0178Ω.m,假设使用0.25方的铜线,则导线电阻R=0.0178*200/0.25=14.24Ω。线圈电阻相对来说很小。

  但是,变压器初级线圈属于感性负载,变压器初级线圈的电感公式为L=μN2S/l,可见其电感量与线圈的匝数N、变压器磁回路横截面积S、变压器铁芯磁回路平均长度l、变压器铁芯磁导率μ有关。

  根据感抗的公式XL=2πfL,其中f为频率,L为电感量,220V交流电的频率为50HZ,假设初级线圈电感量为2H,则感抗XL=2*3.14*50*2=628(Ω),

  由以上计算得知电感线圈的阻抗R为14.24Ω,感抗XL=628Ω,那么该电感线圈的总阻抗为Z= (R2+XL2)?=628.2(Ω)。

  特别提醒:阻抗R与感抗XL相加后的总阻抗必须遵循三角形法则,而不是直接相加,比如Z=14.24Ω+628Ω=642.24Ω,是错误的!

  再根据I=U/R可得,初级线圈的电流为I=220V/628.2Ω≈0.35A,0.25mm2的铜导线完全能够承载0.35A的电流,因此,初级线圈能够正常工作。

  若是直接通220V的直流电压会发生什么?根据I=U/R=220V/14.24Ω=15.4A,电流严重过大,线圈发热而烧断!

  题主提这个问题时,应该是忽略了变压器其实是在交流电下工作的,所以不会短路。至于为什么,我想系统地阐述一下,以帮助题主回顾高中的知识,并进一步加深对电路知识的理解。

  首先,我们来了解一下,什么是短路。我们在学初中物理时最早接触短路的概念,电源不接任何负载,直接接一根导线连通正负极,则电源就会短路,有可能烧坏电源,并引起危险。也就是说,电路接上负载才不会短路,而初中时,负载其实就等于电阻。其实,从高中以后,电路中就很少讲电阻了,取而代之的是“阻抗”,阻抗其实就是阻止电路中电流过大的器件,有阻抗的用电器有很多,比如电热棒,充电宝,电风扇等等。短路的本质就是,电路中阻抗为零或接近零。在电路中,最基本的阻抗有三种:电阻、电容和电感。

  首先说一下电阻电路,如下面两个图所示。电阻说白了就是一条很长很细导电能力很差的导线,电荷无论从哪一端经过电阻时,阻抗都是一样的。就好比你走一条平坦的路,无论是从这头走到那头,还是从那头走到这头,做的功都是一样的。因此,如果电路中,只有电阻,那么无论这个电路是在交流电还是直流电下,它都是有阻抗的,并且它的阻抗在两种电流下都是一样。

  再来说一下电容电路,如下面两个图所示。最简单的电容器由两块平行金属板组成,两块金属板之间是介电层,也就是绝缘层,电荷一般是无法通过绝缘层的,因此两金属板之间是没有电流了。这时,电路如果接的是直流电源,那么整个电路就相当于断路,也就是电路的阻抗无限大。

  可是,为什么电路如果接的交流电,就相当于短路,也就是阻抗无穷小呢?是不是接上交流电,电容就导通了呢,两块金属板之间就有电荷流动了呢?注意,电荷是不能在绝缘体流动的,就算接上交流电,两块金属板间也是没有电荷移动的,就是没有电流。那为什么说电容接交流电相当短路呢?这是因为,电容有一个充放电的功能,当接通电源时,正负电荷会迅速在电容器的两块金属板间聚集,假如这时候,左边的金属板聚集的是正电荷,右边的金属板聚集的是负电荷,因为是交流电,当电压反向时,左右两边的正负电荷就要互换位置,这时电荷就会在电路中流动,形成电流,当交流电频越高时,左右金属板的电荷互换位置的频率也就越高,电流也就越大,电容表现出来的阻抗也就越小,当交流电的频率达到一定程度,电容几乎无阻抗,电路也就短路了。

  最后说一下电感电路,如下面两个图所示。当电感电路接直流电源时,由于电路中没有电流的变化,所以电感处也没有磁场的变化,电感只是相当于一要导线,因此,电路阻抗为0,电路短路。

  如果电感电路接入的是交流电源,所以通过电路的电流不断地在变化,也就是通过电感的电流不变地在变化,由于电流产生磁场,与就是通过电感的磁场在不断地变化。由楞次定律,电感本身会产生一个阻碍磁场变化的感生磁场,阻碍磁场的变化,也就是阻碍电路电流的变化,导致电路的电流不会变得太大。也就是说,电感在交变的电场下,产生一个较大的阻抗,阻碍电路的电流变化,所以接交流电的电感电路是有阻抗的,它不会短路,这也是变压器的输入端不会短路的原因。

  总结一下,简单电路中只有下图三种电路会短路。

  变压器的工作原理图如下,题主可以按上面的方法分析一下,变压器的输入端会不会短路。

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  朋友们好,我是电子及工控技术,我来回答这个问题。变压器是我们很常见的一种变电压和变电流的设备,在许多场合都会用到,比如在一些电子产品中需要把交流220V的电压变换成交流9V或者12v的电压需要用到降压变压器;还有的场合需要把低的电压变成很高的电压,例如发电厂发出的电压低电流大,为了把电输送到很远的距离,就需要升压变压器把电压抬升很高,电流变的很小才行,我说了它的这两个用处,朋友们可能会发现这个变压器都是用在交流电的电路中的,如果放在直流电中会如何呢?这也就是我下面要说的问题。

  首先要想回答这个问题我们需要从变压器的内部结构寻找答案,变压器主要是由绕组和铁芯两部分构成的,这个绕组就是我们所说的电感,它是由又细又长的漆包线缠绕在铁芯上形成的,缠绕的圈数越多那么这个绕组线圈的电感量就越大,我们从下面的示意图来看它就是分组在铁芯上缠绕很多圈,根据绕制的组数不同可以分成单相变压器和三相变压器。

  1、变压器输入端电感量的大小和所输入电源的频率高低保证了变压器不会短路

  我们知道变压器的绕组是电感,由于绕组的绕数非常多,少则可缠绕几百圈,多时可以达到几千圈,缠绕的圈数越多这个电感量就越大,因此可见变压器的电感量还是非常大的,如下图所示,一般变压器绕做缠绕的都非常多。

  另一个原因是要想使变压器输入端不短路,它的输入端必须要用交流电才可以。因为交流电输入绕组线圈后会对交流电有一个阻碍的作用,我们一般用感抗XL来表示。这个感抗与通入交流电的频率也有很大关系,交流电的频率越高那么这个感抗值也就越大。由于以上两种原因保证了变压器的输入端不会短路。

  假设如果变压器输入端输入的是直流电的话,由于直流电的频率f是为零的,我们根据XL=2πfL,那么变压器输入端的感抗XL也就为零了,这样变压器的输入端就会短路了,比一会的话这个变压器就会冒烟烧毁了。

  前面我们分析了变压器输入端不会短路的原因,下面再简单说说这个变压器除了变压和变流外它还用什么作用能?其实有的变压器还可以作为耦合和阻抗变换的作用,下面我们举一个典型例子与大家分享一下它的这些作用。

  我们以比较老式的超外差收音机为例子,我们知道在收音机的最后都有喇叭进行音量的输出,通过测量这个喇叭的电阻会发现,它的阻抗是很小的,一般在4欧姆到16欧姆之间,如果我们把喇叭直接接在功放电路的话,喇叭的声音会很小,这表明喇叭所得到的功率也很小。为了解决喇叭声音小的问题,我们可以请出喇叭来帮忙,它的作用就是把喇叭的电阻和功放的内阻变换成一样大,这样喇叭就会达到最大的输出功率了,那么声音也就会提高了许多。

  关于变压器耦合的问题,它的作用主要是使信号在放大电路的上下级传递时使信号不失真,同时还可以把没用的干扰信号滤除掉,例如在超外差收音机中放大电路之间就用了中周变压器进行耦合的,如下图所示。

  最后再看看变压器的种类,在电路中我们会根据需要来制作不同的变压器的,这也就是说变压器种类有多种的类型的,比如除了前面讲的工频变压器或电力变压器外在工作频率上还有中频变压器,比如上面讲的收音机中耦合所用的中周变压器,另外还有脉冲变压器,我们也叫高频变压器,比如在开关电源中所使用的。在电频车充电器中,液晶电视机的电源电路中等等都用的是高频脉冲变压器。

  总之,通过我们这一番的探讨,变压器不论是什么类型的,它只能用在交流电中才能保证它的输入端不短路,也只有用在交流信号中它的输出端才有输出。以上就是我对这个问题的看法,希望能给你带来帮助。欢迎朋友参与讨论,敬请关注电子及工控技术,感谢点赞。

  提问者问,变压器工作时,初级线圈和次级线圈皆有电流流过,次级线圈是因为接有负载而不会短路,那么初级线圈没有接负载,直接接入交流电,为何不会发生短路呢?下面我们就来解释一下电源变压器的初级线圈直接接入交流电源不会发生短路的原因。

  由此可见,电源变压器的初级线圈的直流电阻虽然较小,但由于初级线圈的感抗较大,故变压器初级线圈接入交流电源中不会发生短路。

  首先我们必须设定变压器输入的是交流电,即然是交流电,它的电流方向会在固有的频率范围内,是按正弦波形从零到正的最大值再回到零值,完成正半周的变化,然后从零变化到负的最大值后再次回到零值,完成一个周期的变化。在中国交流电的频率是50HZ。

  当这个交流电通过变压器初级线圈时由于有硅钢片铁芯的存在而产生电感,而电感的最大特点就是允许直流电通过,不让交流电通过。所以交流电通过时会产生阻抗,正是因为这个阻抗的存在交流电流通过变压器初级也就不会有短路了。交流电通过变压器初级线圈的作用就是产生交变磁场,流过的电流也叫励磁电流,主要是为次级线圈切割磁力线产生交流电压做能量转换用的。如果变压器没有硅钢片铁芯,交流电接通线圈会因为电流过大马上就烧毁了。

  如果是直流电通过有铁芯的线圈只会产生电磁力,不会产生交变磁场,此时线圈本身的电阻值将会变成负载,因此常常用于电磁铁的应用,比如磨床上用的电磁吸盘,直流继电器的吸引线圈。如果我们用交流电做电磁铁可以吗?答案是可以的但必须在电磁铁上做短路环用来消除噪音。比如交流接触器的吸引线圈就常常采用。这两款应用在线圈中也没有负载它们也没有烧毁。

  以上的解说有利于您理解变压器初级为什么没有负载也不会短路。

  很高兴回答你这个问题,正好是我的专业,我详细的来介绍一下。

  现在我们所用的变压器,大部分都是电磁感应原理,拿两圈、三相变压器来举例子,它的输入端输出端的接法有星星接法,星角接法,角星接法。

  我们用的市电、民用电,一般的都是从10kV变到400V,它用的就是角星接法,一个315kVA的干式变,它的高压端内阻约为3欧姆左右,低压端内阻约为2豪欧左右。所以变压器输出端相间也是联通的,你所说的输出端有负载,才不会导致短路,这么理解也是错误的。

  那原因到底是什么呢?因为变压器是能量传递设备,交流电接到变压器的初级线圈上之后,线圈中流过大小、方向不断变化的交变电流,铁心中产生大小、方向不断变化的交变磁通,这个线圈就会产生感应电压,这个感应电压和线圈所加的交流电压大小几乎相等、方向相反,几乎完全抵消,流过线圈的电流非常小,一般为毫安级别,这个微小的电流只是用来维持铁芯中的磁通。\r

  因此,无需担心会导致短路。这个时候,欧姆定律不再适用,适用的是法拉第电磁感应定律。

  当绝缘被破坏或运行过载就有可能出现问题,一个完整的系统的变压器电路一次输入和二次输出都是有继电保护装置的,实际上事故很少发生,但是也不是绝对的。

  变压器的输入端为什么不会短路?

  1??变压器的绕组是按硅钢片尺寸,计算出漆包线的线径和匝数比的、如果不按比例绕组,就会出现偷工减料的空缺或线径不配绕不下。

  2??为什么将次级线圈当初级接上220V会烧线圈,这是因为线径粗又短阻抗小不配备造成的,所以输入端和输出端的线圈匝数都是按电压相比的,比如初级细线圈接220V上为2200匝,次级粗线圈输出12V,要绕120匝,由此输入输出线圈绕组的匝数与电压比都是每伏为10匝。变压器是输入与输出绝缘的,输入是电生磁,输出是磁生电,只要是合格产品,合理使用都不会发生短路。

  3??为什么变压器输入端不易烧坏,这是因为线圈多而细阻抗大,通电后产生磁感,而绕在硅钢片上的输出线圈会将磁转化为感生电场,在闭合循环时会产生感生电流。

  4??比如一只变压器接在220V上,为何不烧,因为初级绕组为2200匝,也就是每10匝才分配到1V电压,本来漆包线相邻之间能承载几百伏的绝缘性能,对于这种初级线圈每匝只分配0.1V的电压的情况下怎能短路呢!

  5??变压器也有初级短路烧毁的,那是因为漆包线损伤,隔层间绝缘性能不好才会在负载过大时因发热过高而烧输入端线圈,我拆过好多烧毁的变压器,烧输入端线圈的也不少。用电高峰期停电现象就是为了保护变压器不被烧毁。

  6??使用一个合格的变压器,要有合格的保险丝,如发现明显降压或变压器过烫要检测发生原因,如果变压器在空载时还发烫,就为输入线圈有匝间漏电,必须停止使用。

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  为什么变压器输入端没有负载却不会短路?没有阻碍电流流动的性能才会导致短路,由于变压器的线圈相当于一个电感元件,而在交流电路中因为电感电抗(感抗)的原因才使线圈不会短路烧毁,具体分析如下。

  一、变压器

  1.工作原理

  配电变压器是一个根据电磁感应原理工作的电气设备。

  如图,在一个闭合的铁芯上绕有两个相互绝缘匝数不同的绕组,分别是一次绕组和二次绕组。当交流电压U1加到一次绕组后,就会产生交流电流I1通过一次绕组,铁芯中产生交变磁通¢,因为一次绕组和二次绕组绕在同一个铁芯上,使二次绕组产生感应电动势。

  2.绕组

  线圈绕组就是一个电感元件,电感有一个“通直流阻交流”的性能。

  二、电感如何实现阻交流

  因为交流电的大小和方向一直在改变,当通过线圈的电流变化时,线圈产生磁通也在变化,这个变化的磁通反过来又会在线圈中产生感应电动势e,根据楞次定律,自感电动势方向总是反抗线圈原有的磁通变化,也就是当电流增加时,自感电动势方向与线圈电流方向相反。

  其实公式:e=-L*Δi/Δt(L是电感,Δi/Δt是电流变化率)也可以看出自感电动势反抗线圈电流的规律。

  三、如何计算感抗和电流

  感抗XL和电阻R相似,在交流电路中阻碍电流通过的作用。

  根据公式XL=2πfL(f是电源电压频率、L是电感)算出来感抗值,再根据公式I=U/XL算出来电流。

  其实变压器的阻抗是可以在铭牌上看到的,不同容量不同电压等级的变压器数值都不一样。

  因为感抗值的原因导致线圈实际通过电流很小,线圈才不会短路烧毁,如果加在变压器的电压值和二次侧负荷都与变压器不匹配就会导致变压器线圈烧毁。以上是我的回答,如有错误之处欢迎指正!

  很高兴能够看到和回答这个问题,作为一个悟空问答爱好者,我每天都在关注科技发展方面的消息,每天收获也蛮多的。

  首先,我觉得这是一个非常好的问题,也是很多小白用户困惑之处,下面我将根据自己的经验认真回答这个问题。

  变压器(Transformers)是使用电磁感应原理来改变交流电压的设备,其主要组件是初级线圈,次级线圈和铁芯(铁芯)。主要功能:电压转换,电流转换,阻抗转换,绝缘,稳压器(磁饱和变压器)等根据用途可分为:电力变压器和特殊变压器(熔炉变压器,整流变压器,工业频率测试仪,调压器,轴变压器,音调变压器,中频变压器,高频变压器,冲击变压器,测量变压器,电子变压器,电抗器,互感器等等。)。

  (1)感应电动势E的大小与电源频率、绕组匝数N及铁心中主磁通的最大值(pm成正比,在相位上滞后产生它的主磁通90度。而主磁通的大小由电源电压、电源频率和一次线圈匝数决定,与磁路所用材料的性质及几何尺寸基本无关。

  (2)电抗是交变磁通所感应的电动势与产生该磁通的电流的比值,线性磁路中,电抗为常数,非线性电路中,电抗的大小随磁路的饱和而减小。

  (3)空载电流大小与主磁通、线圈匝数及磁路的磁阻有关。铁心的饱和程度越高,则磁导率越低,励磁电抗越小,空载电流越大。因此要合理选择铁心截面,使磁通密度Bm为最大。

  (4)铁心所用材料的导磁性能越好,则励磁电抗越大,空载电流越小。因此变压器的铁心均用高导磁的材料硅钢片叠成。

  (5)气隙对空载电流影响很大,气隙越大,空载电流越大。因此要严格控制铁心叠片接缝之间的气隙。

  变压器由一个铁心(或一个铁心)和一个线圈组成,该线圈由两个或多个绕组组成,其中连接电源的绕组称为一次绕组,其余的为二次绕组。它可以转换交流电压,电流和电阻。最简单的铁心变压器由软磁材料的铁心和在铁心上带有两匝的线圈组成。

  铁芯的作用是加强两个线圈之间的磁耦合。为减少铁内部湍流和磁滞引起的损失,磁芯由层压搪瓷钢制成;两个线圈之间没有电气连接,绕组用铜绝缘(或铝线)缠绕。一个线圈将交流电源连接到初级(或初级)线圈,另一个线圈连接到称为次级(或次级)线圈的电流。真正的变压器非常复杂,不可避免地会损失铜(线圈加热电阻),铁(铁心热量)和磁体散射(带有封闭空气的磁感应线)等损耗。为了简化讨论,此处仅介绍理想的变压器。在以下条件下创建理想的变压器:忽略散射通量,忽略初级和次级绕组的电阻,忽略铁芯损耗,忽略开路电流(初级绕组的初级绕组中的电流)。例如,满载的电力变压器(次级绕组的额定功率)接近理想的变压器。

  变压器是由电磁感应制成的静电设备。当变压器的初级绕组连接到交流电源时,铁心中会形成交流磁通,交流磁通由Phi表示。初级绕组和次级绕组中的Phi相同,Phi也是一个简单的谐波函数,其表为Phi = phi-msin Omega t。根据法拉第电磁感应定律,初级和次级绕组中的感应电动势为e1 =-N1d Phi / dt, e2 =-N2d phi / dt。初级和次级绕组的匝数为N1和N2。在图中,U1 =-e1,U2 = e2(初级绕组的物理体积由以下角度1表示,次级线圈的物理重量由下角索引2表示),其复数值为U1 =-E1 = jN1 Omega-Phi,U2 = E2 = -jN2 Omega-Phi,调节k = N1 / N2,称为变压器的变比。变压器初级和次级绕组的实际电压值之比对应于匝数与初级和次级绕组相对于pi的电压偏移之比。这也意味着变压器工作时,高压线圈面数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制;低压线圈面数少而通过的电流大,应当用较粗的导线绕制。这也是判定高压线圈和低压线图的一种方法。我们都知道,发电厂发出的电电压很高,在输电过程中,需要通过改变次级线圈的匝数来达到降压作用,原线圈也就是一级变压器端电压很高,但是产生的感抗(相当于电阻,单位是欧姆)也非常大,这就使得原线圈的电流很小,电流很小也就不会出现大电流短路的情况了!

  以上便是我的一些见解和回答,可能不能如您所愿,但我真心希望能够对您有所帮助!不清楚的地方您还可以关注我的头条号“每日精彩科技”我将竭尽所知帮助您!

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