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变压器的输入端为什么不会短路?

电脑版   2020-11-26 16:58  

变压器的输入端为什么不会短路?变压器工作时,输入端和输出端都有电流,但是因为输出端有负载所以不会发生短路,那为什么输入端没有负载也不会发生短路呢?:题

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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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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。

电源变压器的构造如上图所示,其初级线圈和次级线圈一般都缠绕在导磁良好的硅钢片或铁氧体磁芯上,这样变压器的初级线圈可以视为下图所示的电感。
我们知道,电感线圈的阻抗是由线圈的直流电阻R和感抗XL两部分组成的。我们用欧姆表测量一个变压器的初级线圈的直流电阻R可能只有几十欧,但是这个初级线圈的感抗可能达数亨,若将其接入交流电源中,由于初级线圈的感抗XL较大,此时流过变压器初级线圈的电流并不大,故不会发生短路。下面我们介绍一下变压器初级线圈感抗XL的计算方法。这里假定上图所示的电源变压器的初级线圈的电感量为6H,交流电频率为50Hz,根据感抗的计算公式XL=2πfL,可以计算出该电源变压器初级线圈的感抗XL=2π·50Hz·6H=1884Ω。若将其接入220V/50Hz的交流电源中,此时若不考虑变压器次级线圈的影响,则流过该变压器初级线圈的电流为220V/1884Ω=0.1167A。

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。

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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!

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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。




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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。

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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。

结束语

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!

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很高兴能够看到和回答这个问题,作为一个问答爱好者,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。

一、在回答这个问题之前,我们需要先了解什么是变压器。

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。)。

二、在变压器中原副孩圈两端电在之比等于这两个线圈的匝数比。

(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。

三、变压器的输入端为什么不会短路?

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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这都是初中物理应当讲过的吧,电能的转换而消耗了大量电能,火与地之间相当于连接一个阻值很的电阻。因为线圈中的电能转换了磁能和线圈的长度也有些阻值,只是微不足到的。最后回路电压减少一定的数值,所以不会短路。可能我说的不对,请懂行的老师们指正。

谢谢!

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这个问题实际上连短路的概念都没有弄清楚。短路是指电路被部分或全部短接,相当于本该通过有限流作用的负载的电流走了近道,造成相应线路过流过热甚至烧毁。变压器初级相对于电源端,本来就是按照220伏交流设计绕制,具备一定限流作用的负载,接上220V不存在什么短路问题。其实,提问者的意思是,同样是一段导线,为什么变压器的初级这截导线直接跨接交流220v 却安然无恙?主要原因就三个个:导线够长,导线绕成圈,通的是交流。够长的导线产生的电阻对变压器初级来说,也很小的,但初级绕成圈叠在一起的线圈有电感,对交流电有阻碍作用,即感抗,这个才是线圈能通220伏的主要原因。线圈不管给多大的交流电压,只要产生的电流不超过相应导线能承载的电流就不会有问题。如果我们截短足够的线圈匝数(包括把降压变压器的次级当初级),把线圈拉直,或者加足够高的电压,或者通上足够高电压的直流电,那么,任一做法都可能导致初级线圈严重发热甚至烧毁烧断。一句话,确保初级线圈安然无恙的主要因素是线圈产生的对交流电的与电阻作用等效的足够的感抗。另外,民间根据相同和相似的现象,把一切电路的过流过热甚至炸裂烧毁都笼统称为短路,这与短路的定义完全不同。再说一遍,中学物理课本只讲原理,不说实际,物理老师不会接电灯,劳技教师不会接水管,会修电器的师傅不懂欧姆定律。

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一般变压器是通交流电的

线圈通交流电产生变化的磁场,磁场的变化在线圈中产生反电动势,反电动势抵消了输入的电压,所以不会短路。

如果是直流电,在磁场没有饱和之前有反电动势存在也不是短路。磁场饱和之后反电动势消失,电流就会变得很大烧毁线圈。

开关电源就是直流电源工作的,在饱和之前切换方向。

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