2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 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(cè) 第十七章 交變電流 四、變壓器(備課資料) 理想變壓器是對(duì)實(shí)際變壓器作理想化處理后得到的結(jié)果.中學(xué)物理教材對(duì)變壓器的討論，都是在理想化基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即認(rèn)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(yùn)行時(shí)內(nèi)部損耗忽略不計(jì).由此導(dǎo)出原、副繞組的電壓平衡方程：U1=E1，U2=E2；電壓關(guān)系：;電流關(guān)系：和功率傳輸關(guān)系：P1=P2. 上述關(guān)系基本上反映了變壓器的運(yùn)行規(guī)律，但理想變壓器與實(shí)際變壓器存在一定的差距，在某些條件下，這種差距還相當(dāng)大，以致個(gè)別公式并不適用.下面從四個(gè)方面作進(jìn)一步分析. （1）原、副繞組的電壓平衡方程 實(shí)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(shí)；負(fù)載運(yùn)行時(shí) .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(kāi)路電壓. 由于電流（I0）在R1、X1上的壓降與主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(fù)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(guò)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(guān)系式 對(duì)于實(shí)際變壓器，空載時(shí)有U1E1,U20=E2，因此=.負(fù)載時(shí)從圖所示的外特性曲線可知，當(dāng)負(fù)載為電阻性及電感性時(shí)，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(dāng)負(fù)載為電容性時(shí)，U2隨I2的增大而升高，U2≠E2,故≠.不過(guò)由于電壓變動(dòng)率一般在5%左右，所以近似認(rèn)為=，即理想變壓器的電壓關(guān)系成立. （3）原、副繞組的電流關(guān)系 由磁勢(shì)平衡方程，可得到實(shí)際變壓器原、副繞組的電流關(guān)系：.因?yàn)樽儔浩鬟\(yùn)行在額定負(fù)載時(shí)，只占的百分之幾，故可略去，即有.如只考慮數(shù)值關(guān)系，則有，這就是理想變壓器的電流關(guān)系式. 這里我們要指出，當(dāng)變壓器運(yùn)行在輕載或空載狀態(tài)時(shí)，I1/I2=N2/N1不成立，原因是此時(shí)與相比，絕對(duì)不可以忽略. （4）功率傳輸關(guān)系及效率 效率曲線 實(shí)際變壓器輸入、輸出功率關(guān)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(guān)系如圖所示. 如忽略PFe和PCu，則得到理想變壓器功率傳輸關(guān)系：P1=P2和η=100%.由于大型變壓器運(yùn)行在額定值附近時(shí)，效率可達(dá)97%~99.5%，故此時(shí)理想變壓的關(guān)系式均成立.不過(guò)請(qǐng)注意，當(dāng)變壓器在輕載和空載條件下運(yùn)行，其效率是比較低的，也就是此時(shí)P1=P2、η=100%均不成立.