與廣大初學(xué)者談電感和變壓器 曾經(jīng)有朋友問(wèn)過(guò)我這樣的問(wèn)題，做無(wú)線話筒，原來(lái)要求用一根0.4mm漆包線在圓珠筆芯上繞5圈脫胎和用電話電纜芯繞同樣的圈數(shù)，得到的效果一樣嗎？說(shuō)實(shí)在的，我至今也不敢斷言，因?yàn)檫@種東西畢竟電感量太小了，沒(méi)有電感表，無(wú)法做出正確的判斷，憑制作成功過(guò)的幾個(gè)無(wú)線話筒的經(jīng)驗(yàn)，可以初步的做出一個(gè)論斷：電感量似乎跟線的直徑，線圈的直徑無(wú)關(guān)，而跟匝數(shù)，以及線圈的磁心介質(zhì)有關(guān)，不過(guò)在高頻線路里，哪怕很短的一段導(dǎo)線都可以作為電感線圈使用，這個(gè)時(shí)候不知道我前面的論點(diǎn)和論據(jù)是否還能夠成立。我不能肯定的事，可不敢妄言，權(quán)且留給專門玩高頻電路的前輩來(lái)解答吧。下面，我將以一個(gè)普通無(wú)線電愛(ài)好者的身份，就我已經(jīng)掌握的知識(shí)，給大家講解一下電感。 前面我們提到，電容其實(shí)就是兩個(gè)相鄰的金屬板拉開(kāi)，它們之間就會(huì)形成電容，而兩根金屬線彼此平行的時(shí)候其實(shí)它也相當(dāng)于電容，但是如果選擇兩根導(dǎo)線的其中一根接在電路里，那它就是個(gè)電感，如果在其中一根上通上交流高頻電壓的話，那它就是個(gè)變壓器。一根導(dǎo)線，如果是直線的話，它的電感量很小的，，但是如果把它以一定直徑盤成圈，那它的電感量會(huì)顯著增加，如果在線圈里增加一根導(dǎo)磁物質(zhì)做的磁棒，那電感量將再次顯著增加。這說(shuō)明，電感量跟導(dǎo)體（導(dǎo)線）饒的匝數(shù)有關(guān)，跟磁心的介質(zhì)有關(guān)，大家如果有條件，買塊電感表，可以重復(fù)一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這不是我杜撰的，這是變壓器的發(fā)明家亨利先生總結(jié)出來(lái)的，今天工地上的電話線斷了，無(wú)法上網(wǎng)，無(wú)法查找相關(guān)佐證，我只能憑經(jīng)驗(yàn)和自己掌握的知識(shí)來(lái)寫這篇文章，難免有錯(cuò)漏之處，歡迎大家斧正。 電感的符號(hào)是L，其容量是H（就是前邊說(shuō)的亨利先生的縮寫）一般H就象電容的容量F一樣，比較大，所以在電子電路里很少用到這么大的單位（除非是繞變壓器，電抗線圈，那多是數(shù)H甚至數(shù)十H的，一般做電子電路的線圈都是以它的千分之一mH(念毫亨)和百萬(wàn)分之一μH，（念微亨），作為單位，再說(shuō)白點(diǎn)，就是電感量大的往往是用在低頻電路上，電感量越小，工作頻率越高（這點(diǎn)，跟電容相似，但二者在電路中的作用可以說(shuō)正好相反，前邊說(shuō)電容的時(shí)候沒(méi)提，在此補(bǔ)上）換算關(guān)系是以K（千）進(jìn)位1H=1000mH，1mH=1000μH，下面我將通過(guò)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明電感的特性，如果有條件的話，可以模仿一下：實(shí)驗(yàn)一：自感效應(yīng)，如果條件允許，能找到一個(gè)大電感的話：例如一個(gè)老日光燈的電磁鎮(zhèn)流器或者一個(gè)老電子管設(shè)備的濾波電感線圈，這個(gè)東西要求線圈盡量粗，圈數(shù)盡量多，再準(zhǔn)備一個(gè)電池，或者用萬(wàn)用表（越次的表越好，只要RX1Ω檔能輸出足夠的電流）雙手拿著電感的兩個(gè)線頭，然后將其在電池兩端上瞬間接觸一下，迅速放開(kāi)，這個(gè)時(shí)候在剛斷開(kāi)的瞬間，會(huì)跳一下火，不知道你考慮過(guò)為什么會(huì)跳火嗎？也許有人說(shuō)，電燈泡斷開(kāi)瞬間也有火花、電弧的。那好，請(qǐng)問(wèn)剛才你做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候手是否接觸到了兩根線的金屬部分？通斷的瞬間有沒(méi)有電震的感覺(jué)？沒(méi)有？那你就是木頭了，正常人應(yīng)該是可以感覺(jué)到電震的。如果確實(shí)沒(méi)有感覺(jué)，可以找一個(gè)氖泡，拆不到？電筆、老日光燈的啟輝器、電飯鍋、電水壺里都有這玩意老配電盤的指示燈，如果不是帶變壓器的那種指示燈也是用氖泡的。將這個(gè)氖泡并聯(lián)在電感線圈的兩端，再試試看？在電池接通后再斷開(kāi)的瞬間，氖泡是不是瞬間閃亮一下呢？如果頻繁的通斷，則氖泡的亮將接近持續(xù)點(diǎn)燃。 關(guān)于上面的自感現(xiàn)象試驗(yàn)的解釋，我不大會(huì)咬文嚼字的講解，我只按自己的想法作為解釋：因?yàn)殡娛且?jiàn)不到摸不著的，所以我們不可能鉆進(jìn)電感里去看個(gè)究竟。我個(gè)人認(rèn)為：電池接到電感上，電流流過(guò)電感線圈，對(duì)鐵心進(jìn)行充磁，就如同力學(xué)上的動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，當(dāng)鐵心飽和后，電流趨于穩(wěn)定，斷開(kāi)瞬間，磁能轉(zhuǎn)化成與充電極性相反的電壓（書(shū)上好象叫反電動(dòng)勢(shì)），這個(gè)電壓可以在自身逐漸損耗掉，也可以通過(guò)其上面所并聯(lián)的負(fù)載（如氖泡）釋放掉。我的理解就是這樣，至于我的導(dǎo)師說(shuō)的，我有“毀人不倦”的天分的話，歡迎朋友們指正，畢竟“抬杠長(zhǎng)學(xué)問(wèn)”也是好事。 下面我再讓大家仿照做個(gè)實(shí)驗(yàn)：拆個(gè)收錄機(jī)或者拆個(gè)可充電的剃須刀，什么都行，只要有個(gè)變壓器就成。拿萬(wàn)用表測(cè)量出其中哪兩個(gè)端子的電阻小，哪兩個(gè)端子的電阻大，將電池跨接在電阻小的那邊，將手的食指和中指跨在電阻高的那兩端，瞬間接通、斷開(kāi)。估計(jì)能聽(tīng)到一聲驚叫。你的手肯定象觸電一樣瞬間甩開(kāi)的。知道為什么嗎？這就是所謂互感現(xiàn)象，自感現(xiàn)象是電感的基礎(chǔ)，互感現(xiàn)象則是變壓器的基本原理。它的道理類似于自感現(xiàn)象。實(shí)際上我認(rèn)為，在電池通斷的瞬間，電阻小的這邊，發(fā)生著自感現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)于電阻高的那邊也同樣感生著高壓，所以由此得出結(jié)論：變壓器的自感和互感同時(shí)存在。 還拿剛才的變壓器實(shí)驗(yàn)。以下的實(shí)驗(yàn)難度稍微大點(diǎn)，沒(méi)有動(dòng)手能力的同學(xué)，可以在高手的幫助下完成。 當(dāng)把一個(gè)220/6V的變壓器的220V端接入市電插口時(shí)，在次級(jí)便有了6V左右的電壓，可以點(diǎn)燈泡也可以供收錄機(jī)使用。那么如果我們反過(guò)來(lái)呢？我們找個(gè)調(diào)壓器，將6V接在調(diào)壓器的輸出端，220V端接一個(gè)交流電壓表。緩慢調(diào)整輸出電壓，我們可以看到當(dāng)輸出電壓在1V時(shí)，電壓表的顯示大概是36-37V，當(dāng)調(diào)到2V時(shí)，電壓表的顯示大概是73V，以此類推，當(dāng)我們調(diào)到6V時(shí)，電壓表的顯示也基本上在220V，這說(shuō)明變壓器的變比是線性的，而且是成比例的。我們只要改變變比，就可以制造出需要的變壓器，前提是要得出每V匝數(shù)，才可以設(shè)計(jì)出我們需要輸出的電壓。實(shí)際維修中，我們經(jīng)常要改繞變壓器。因?yàn)橛行╇妷汉芴厥?，或者我們沒(méi)有合適的變壓器，購(gòu)買又困難或者昂貴，怎么辦？只有自己改繞。這就需要?jiǎng)邮帜芰α?。將鐵心逐個(gè)拆出，剩下一個(gè)或兩個(gè)骨架（兩個(gè)的是最理想的，想改初級(jí)就改初級(jí)想改次級(jí)就改次級(jí)，壞哪個(gè)繞哪個(gè)。而一個(gè)的只能先拆次級(jí)，而往往的燒都燒初級(jí)）。我們先將次級(jí)的粗線倒出，要做好記數(shù)工作，要事先知道該組的輸出電壓。得到這兩個(gè)參數(shù)后，只要進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，就可以求出V/T數(shù)了。我們用我們數(shù)的匝數(shù)，除以額定輸出電壓就得到了V/T數(shù)。因?yàn)檫@個(gè)參數(shù)對(duì)這個(gè)變壓器通用，無(wú)論初級(jí)次級(jí)，計(jì)算方法都是一樣的。例如次級(jí)共倒出了120T，而輸出電壓為6V，那么，120/6=20T也就是1V是20T（圈、匝：用匝估計(jì)是跟曹操學(xué)的，他不是有個(gè)歌行嗎“月明星稀，烏雀南非，繞樹(shù)三匝，無(wú)枝可依”嘛，說(shuō)明曹操就有繞變壓器的沖動(dòng)，才饒了3圈，就因?yàn)槿鄙倨岚€而停工了，只可惜漆包線還沒(méi)買到，這個(gè)偉大的計(jì)劃，就讓諸葛和周郎這倆敗家子給破壞了，所以這個(gè)遺憾直到他的多少代以后的孫子曹公雪芹都為之遺憾，見(jiàn)諸筆端：滴不盡“想絲”血淚拋紅豆……咽不下玉粒金莼噎滿喉，照不見(jiàn)菱花鏡里形容瘦；說(shuō)明曹雪芹也為他祖先沒(méi)發(fā)明變壓器，和自己沒(méi)能力研究明白變壓器的原理，而懊悔得吃不下睡不好，所以瘦了。只好從發(fā)明家改行做了文學(xué)家。）笑談，感覺(jué)氣氛不夠熱烈。逗大家樂(lè)一下。千萬(wàn)別當(dāng)?shù)涔事?tīng)，誰(shuí)要是信了誰(shuí)就真的缺心眼了。 書(shū)歸正文，比如我們把這個(gè)220/6V的變壓器改成一個(gè)輸出為15V的變壓器，可以這樣計(jì)算，15*20=300T，只要繞300T基本上就可以輸出15V了，但是變壓器的效率不是很高，容量（VA或者叫W）數(shù)越小，它的效率越低。效率低的有些甚至才60-70%，而功率或者說(shuō)容量大的，效率很高，甚至可以達(dá)到97-99%，效率主要取決于線損（銅損）和鐵損，變壓器就是由鐵心和銅線組成的，變壓器容量越大，銅線越粗，匝數(shù)越少，加上鐵心材料大了磁通量高，效率自然高些。反之，小容量的變壓器綜合幾樣不利因素，效率肯定低。因?yàn)橛袚p耗，所以往往在繞變壓器時(shí)要進(jìn)行補(bǔ)償，要增加例如3%左右的線圈數(shù)，保證輸出電壓合適。那么如果我們想改初級(jí)呢？例如我們需要一個(gè)380V/6V的變壓器（比如點(diǎn)6V指示燈的變壓器）我們?cè)趺从?jì)算呢，還用這個(gè)變壓器，不動(dòng)次級(jí)直接改初級(jí)，我們由剛才的VT數(shù)乘以220，得到4400T，這就是原來(lái)的初級(jí)匝數(shù)，我們?cè)儆?80-220得到160V，這就是我們需要補(bǔ)的電壓數(shù)，再用160*20=3200T這就是需要增加的匝數(shù)，不過(guò)，想繞這么多圈，得看骨架能否繞開(kāi)，實(shí)在不行就只有選擇更細(xì)的線從頭開(kāi)始重新饒制，所以說(shuō)繞初級(jí)不是那么容易的4400+3200=7600T我的天，我看到都頭疼，我最多繞過(guò)4400圈的2-3W變壓器的初級(jí)，光在紙上記錄百圈的記號(hào)就寫了44個(gè)以上。手工繞，不容易啊。 還記得剛才的實(shí)驗(yàn)嗎，從6V變成220V，這其實(shí)就是逆變的原理，變壓器可以把高壓變成低壓（姑且稱為順變）也可以把低壓變成高壓（稱為逆變，例如電廠的電遠(yuǎn)程輸送就要把電壓提高來(lái)減少遠(yuǎn)程傳輸?shù)膿p耗）但是，如果使用剛才那個(gè)幾W的變壓器，這個(gè)電壓雖然有220V，但它卻不可能點(diǎn)亮一個(gè)哪怕15W的燈泡，為什么？因?yàn)樯婕暗焦β蔬@個(gè)參數(shù)，我們學(xué)過(guò)《電工學(xué)》或初中物理的都知道功率P=電壓U×電流I。當(dāng)功率一定時(shí)，電壓高則電流小，電流大則電壓低，變壓器是嚴(yán)格遵循這條定律的。也就是說(shuō)，這個(gè)變壓器沒(méi)有足夠點(diǎn)亮15W燈泡的功率，就好比一名最大能舉動(dòng)110KG級(jí)杠鈴的舉重運(yùn)動(dòng)員，不大可能舉起180KG的杠鈴一樣。不過(guò)，假設(shè)換成一個(gè)15-20W的變壓器，再重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)就會(huì)驚喜的發(fā)現(xiàn)，燈泡可以亮了。 前一陣，那位很菜的朋友問(wèn)過(guò)我，為什么用計(jì)數(shù)器里扣的電池點(diǎn)不著燈泡這樣的常識(shí)性問(wèn)題一樣。其實(shí)道理殊途同歸。電壓夠了不行，作功真正需要的是功率，功是什么，功=功率×?xí)r間。（我的初中物理還湊合吧，17年了還沒(méi)忘干凈呢）這種無(wú)聊的問(wèn)題估計(jì)在現(xiàn)代社會(huì)中的80后或90后的“寶貝”里，還是會(huì)普遍存在的。他們可以說(shuō)被所謂的應(yīng)試教育，剝奪了最基本的聯(lián)想和判斷能力。他們的思維是二維的，甚至是一維的。非常的僵化。一條道跑到黑，真不知道他們成天在想什么。 接下來(lái)，再做個(gè)實(shí)驗(yàn)，還是利用剛才的變壓器，我們把次級(jí)全部拆除，改用一條粗銅線（帶）或者扁銅線，在次級(jí)繞1-3圈（注意絕緣），引出兩個(gè)頭，頭刮干凈并搪錫。然后焊接上一根遠(yuǎn)小于它直徑或者厚度的銅線，重新裝配好，接220V試一下，很快（也就1-2秒）那段細(xì)銅線就冒煙了，甚至很快就把焊錫化了，直到焊接處脫開(kāi)才完結(jié)。這就是典型的低壓大電流實(shí)驗(yàn)。我們可以計(jì)算一下，如果按3圈算，這個(gè)變壓器輸出的電壓應(yīng)該為3/20=0.15V，根據(jù)P=UI反推出I=P/U，5W/0.15V=33A，是不是感覺(jué)恐怖？這就是為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況的原因了，30多A的電流通過(guò)細(xì)銅線自然會(huì)使它冒煙發(fā)熱了。8X年曾經(jīng)風(fēng)行一時(shí)的快速烙鐵就是用這個(gè)原理設(shè)計(jì)制作的。 到了這個(gè)階段，是不是感覺(jué)電感和變壓器也是很有意思呢？我們還可以繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，只要你喜歡，如果不喜歡，你可以下課了。下面的講座更刺激，也更危險(xiǎn)。建議在有監(jiān)護(hù)人的陪同下實(shí)驗(yàn)以免發(fā)生危險(xiǎn)： 變壓器還是用剛才那個(gè)變壓器，如果已經(jīng)改了速熱烙鐵，建議換一個(gè)，免得來(lái)回拆裝麻煩，耽誤我們的講座繼續(xù)下去。為了效果明顯，建議換個(gè)220/15或20V的變壓器。如果準(zhǔn)備好了就開(kāi)始了：我們把變壓器的初級(jí)的其中一根線與次級(jí)其中一根線擰在一起，將初級(jí)接220V，測(cè)量次級(jí)電壓，是多少？15V對(duì)吧？但是從現(xiàn)在開(kāi)始，無(wú)論是測(cè)量還是怎么樣都好，不許再拿手的任何部分接觸變壓器的任何線頭了，因?yàn)樯线厧У氖?20V的電壓，嚴(yán)禁觸摸、一摸就死，違者罰款！電死也要罰！現(xiàn)在，如果我們將兩表筆分別接觸變壓器初級(jí)和次級(jí)的兩個(gè)沒(méi)接在一起的線頭會(huì)怎么樣呢？答案有兩個(gè)，或者是235V或者是205V。也許有人問(wèn)了，怎么會(huì)有兩個(gè)答案呢？回答是：變壓器有兩個(gè)繞組，饒制的時(shí)候饒向可能不同，而實(shí)際接的時(shí)候接法各異。所以這所謂的“同名端”就不同了，就拿電池做比較吧？比如3節(jié)1號(hào)電池，如果順串可以得到4.5V對(duì)吧？但是如果兩節(jié)順串而一節(jié)與他們頭頂頭的接呢，我們測(cè)量另外兩端，這個(gè)時(shí)候只有1.5V了，這就是同名端的最直白的解釋，大家能明白嗎？剛才我們這樣接其實(shí)就是把一個(gè)變壓器接成“自耦變壓器”了，所謂“自耦變壓器”就是既有電的聯(lián)系，又有磁的聯(lián)系，這種變壓器其實(shí)比較危險(xiǎn)的，因?yàn)殡姴皇歉綦x的，我們只要摸到任何一個(gè)電極都可能電到。但它的好處是，同樣體積的變壓器功率是隔離變壓器的5倍以上，前邊說(shuō)的調(diào)壓器其實(shí)就是個(gè)帶滑動(dòng)接點(diǎn)的“自耦變壓器”。原本也就200-300W的環(huán)型變壓器，可以當(dāng)作1000-2000W變壓器來(lái)用。很神奇吧？區(qū)別同名端的方法也很簡(jiǎn)單就是一個(gè)電池和一個(gè)電流表，分別接在初級(jí)和次級(jí)上，當(dāng)電池碰觸的時(shí)候表針正偏的話，電池正和表的正極所接的就是同名端。 變壓器還有一個(gè)作用就是變換阻抗，電子管收音機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)人玩了，因?yàn)樘爬狭?，但是它所用的變壓器就是做阻抗變換用的，現(xiàn)在也有很多農(nóng)村用的擴(kuò)音機(jī)輸出阻抗有8Ω/16Ω250Ω等等。如果沒(méi)有合適的喇叭，可以用合適的輸出（線間）變壓器來(lái)匹配一下阻抗，得到好的音質(zhì)同時(shí)也保護(hù)了功放管。這在本文就不探討了，太深?yuàn)W了。我自己還迷茫呢。 |
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