2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十七章 交變電流 四、變壓器(備課資料).doc

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●備課資料 2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊 第十七章 交變電流 四、變壓器(備課資料) 理想變壓器是對實際變壓器作理想化處理后得到的結果.中學物理教材對變壓器的討論，都是在理想化基礎上進行的，即認為變壓器線圈電阻為零，磁通量全部集中在鐵芯中以及變壓器運行時內(nèi)部損耗忽略不計.由此導出原、副繞組的電壓平衡方程：U1=E1，U2=E2；電壓關系：;電流關系：和功率傳輸關系：P1=P2. 上述關系基本上反映了變壓器的運行規(guī)律，但理想變壓器與實際變壓器存在一定的差距，在某些條件下，這種差距還相當大，以致個別公式并不適用.下面從四個方面作進一步分析. （1）原、副繞組的電壓平衡方程 實際變壓器考慮了線圈電阻以及漏磁通的影響，因此其電壓平衡方程為： 空載時；負載運行時 .式中R1、X1和R2、X2分別為原副繞組的電阻和漏電抗，為空載電流，為副邊開路電壓. 由于電流（I0）在R1、X1上的壓降與主磁感應電動勢相比數(shù)值很小，可以忽略，故有=-.同理，如將在R2和X2上產(chǎn)生的壓降忽略，則在空載和負載下，均有=.僅考慮數(shù)值大小，我們就得到了理想變壓器的電壓平衡方程：=，=.不過從下面的分析可知，U2=E2的處理是近似的. （2）原、副繞組的電壓關系式 對于實際變壓器，空載時有U1E1,U20=E2，因此=.負載時從圖所示的外特性曲線可知，當負載為電阻性及電感性時，U2隨I2的增大而下降，并且功率因數(shù)cosφ2愈小，U2下降愈厲害；當負載為電容性時，U2隨I2的增大而升高，U2≠E2,故≠.不過由于電壓變動率一般在5%左右，所以近似認為=，即理想變壓器的電壓關系成立. （3）原、副繞組的電流關系 由磁勢平衡方程，可得到實際變壓器原、副繞組的電流關系：.因為變壓器運行在額定負載時，只占的百分之幾，故可略去，即有.如只考慮數(shù)值關系，則有，這就是理想變壓器的電流關系式. 這里我們要指出，當變壓器運行在輕載或空載狀態(tài)時，I1/I2=N2/N1不成立，原因是此時與相比，絕對不可以忽略. （4）功率傳輸關系及效率 效率曲線 實際變壓器輸入、輸出功率關系為P1=PFe+PCu+P2，式中PFe為鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；PCu為銅損，即電流在線圈電阻上消耗的功率.變壓器的效率η=P1/P2100%,效率η與輸出功率的關系如圖所示. 如忽略PFe和PCu，則得到理想變壓器功率傳輸關系：P1=P2和η=100%.由于大型變壓器運行在額定值附近時，效率可達97%~99.5%，故此時理想變壓的關系式均成立.不過請注意，當變壓器在輕載和空載條件下運行，其效率是比較低的，也就是此時P1=P2、η=100%均不成立.