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为什么变压器不能用DC直流电源供电?

变压器是一种升高或降低交流电流或电压的装置。它只能在交流电(AC)下工作,不能在直流电(DC)下工作。

但是,如果我们将DC电源连接到变压器会发生什么呢?

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01变压器接上DC电源会发生什么?

我们都知道变压器的工作原理是电磁感应,只有在初级线圈通入不断变化的交流电,次级线圈才会产生持续的感应电动势,进而实现变压(两线圈匝数比等于电压比)。而接上直流电源,虽然也能产生感应电流,但只是在刚接能电源和刚断开电源的瞬间才能产生感应电动势,因此无法变压。

但这不是变压器不能接DC电源的唯一原因。

接下来,我们将一个变压器连接到DC电源,看看会发生什么。

假设:
初级电压V= 230V
电阻R= 10 Ω
电感L = 0.4 H
频率f=0

根据欧姆定律,变压器初级线圈中的电流为:

I= V/R=230V/10Ω=23A

在DC供电的情况下,初级线圈的电流是23A。23A意味着什么呢?

大电流!!!

要知道,电流达到50mA就能致人性命。现在我们把变压器接到AC电源,就可以明显对比出他们初级线圈电流的巨大差别。

02变压器接上AC电源的电流是多少?

我们让AC电源和DC电源的电压大小一样:
初级电压V= 230V
电阻R= 10 Ω
电感L = 0.4 H
频率f=50Hz

让我们看看在交流电的情况下,有多少电流会流过变压器的初级线圈。

image.png

由此可见:变压器接AC电源时,感抗很大,所以交流阻抗很大,因此初级线圈电流较小。但如果接DC电源,感抗直接为0,电阻又小,导致初级线圈电流过大。

而且23A的初级线圈电流,还是稳定电流。因为是DC电源,初级线圈的电流不会变化,从而产生恒定的磁通量,磁通变化率为零,故感应电势也为零。由于初级绕组的低电阻,初级绕组将消耗大部分的电流,结果就是初级线圈将持续过热烧毁,并烧坏保险丝和断路器,甚至导致整个变压器爆炸!

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所以务必不要将变压器的初级线圈连接到DC电源上。不过,变压器也不是绝对不能用DC电源供电,在某些条件下,也是可以安全使用的。

03什么条件下变压器可以接DC电源?

在两种情况下,我们可以将变压器连接到DC电源:

● 脉冲DC电源作为输入
● 初级线圈与高电阻与串联

脉冲DC电源作为输入:
当向变压器的初级线圈输入脉冲直流电时,负周期重置磁通量,电压的时间积分在一个完整周期中为零,从而重置线圈中的磁通量。这种情况会用于SMPS(开关电源)。

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初级线圈与高电阻与串联:
我们可以通过在变压器的初级线圈上串联一个高阻值的电阻,实现在直流电源上运行变压器。

当变压器的初级线圈连接到直流电源时,高电阻与初级串联连接,该串联电阻将初级电流限制在安全值内,从而防止初级线圈烧毁。

结语:

综上,变压器只能在交流电下工作。如果用直流电源供电,是非常危险的!!!可能会导致变压器的初级线圈冒烟和燃烧。所以若不是特定要求,一定不要让变压器接上直流电源。

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