高中物理人教大纲版第二册：17.4 变压器（备课资料）.docVIP

●备课资料 理想变压器与实际变压器 理想变压器是对实际变压器作理想化处理后得到的结果.中学物理教材对变压器的讨论，都是在理想化基础上进行的，即认为变压器线圈电阻为零，磁通量全部集中在铁芯中以及变压器运行时内部损耗忽略不计.由此导出原、副绕组的电压平衡方程：U1=E1，U2=E2；电压关系：;电流关系：和功率传输关系：P1=P2. 上述关系基本上反映了变压器的运行规律，但理想变压器与实际变压器存在一定的差距，在某些条件下，这种差距还相当大，以致个别公式并不适用.下面从四个方面作进一步分析. （1）原、副绕组的电压平衡方程 实际变压器考虑了线圈电阻以及漏磁通的影响，因此其电压平衡方程为： 空载时；负载运行时 .式中R1、X1和R2、X2分别为原副绕组的电阻和漏电抗，为空载电流，为副边开路电压. 由于电流（I0）在R1、X1上的压降与主磁感应电动势相比数值很小，可以忽略，故有=-.同理，如将在R2和X2上产生的压降忽略，则在空载和负载下，均有=.仅考虑数值大小，我们就得到了理想变压器的电压平衡方程：=，=.不过从下面的分析可知，U2=E2的处理是近似的. （2）原、副绕组的电压关系式 对于实际变压器，空载时有U1E1,U20=E2，因此=.负载时从图所示的外特性曲线可知，当负载为电阻性及电感性时，U2随I2的增大而下降，并且功率因数cosφ2愈小，U2下降愈厉害；当负载为电容性时，U2随I2的增大而升高，U2≠E2,故≠.不过由于电压变动率一般在5%左右，所以近似认为=，即理想变压器的电压关系成立. （3）原、副绕组的电流关系 由磁势平衡方程，可得到实际变压器原、副绕组的电流关系：.因为变压器运行在额定负载时，只占的百分之几，故可略去，即有.如只考虑数值关系，则有，这就是理想变压器的电流关系式. 这里我们要指出，当变压器运行在轻载或空载状态时，I1/I2=N2/N1不成立，原因是此时与相比，绝对不可以忽略. （4）功率传输关系及效率 效率曲线 实际变压器输入、输出功率关系为P1=PFe+PCu+P2，式中PFe为铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；PCu为铜损，即电流在线圈电阻上消耗的功率.变压器的效率η=P1/P2×100%,效率η与输出功率的关系如图所示. 如忽略PFe和PCu，则得到理想变压器功率传输关系：P1=P2和η=100%.由于大型变压器运行在额定值附近时，效率可达97%~99.5%，故此时理想变压的关系式均成立.不过请注意，当变压器在轻载和空载条件下运行，其效率是比较低的，也就是此时P1=P2、η=100%均不成立.