理想變壓器都“理想”了什么*

吳愛(ài)兄

(北京市陳經(jīng)綸中學(xué) 北京 100020)

王 軍

(北京市朝陽(yáng)區(qū)教育研究中心 北京 100000)

理想變壓器是為了學(xué)習(xí)變壓器的特點(diǎn)而建立的一個(gè)理想模型，在這個(gè)理想模型中到底都理想了什么呢？

1 原副線圈電動(dòng)勢(shì)之比等于匝數(shù)之比成立的條件

互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)，如圖1所示.

圖1 變壓器的原理圖

2 原副線圈電動(dòng)勢(shì)之比與電壓之比是一回事嗎

圖2是變壓器工作時(shí)的電路圖.

圖2 變壓器工作電路圖

圖中U1指的是變壓器原線圈的輸入電壓，而U2指的是副線圈的輸出電壓，通過(guò)圖中的電路可以看出U1≠E1，U2≠E2.

依據(jù)閉合電路歐姆定律，在原線圈的回路中

U1-E1=I1r1

而在副線圈的回路中

E2=U2+I2r2

當(dāng)r1和r2約等于零的時(shí)候U1=E1，U2=E2.理想變壓器忽略了原副線圈的電阻(通常稱為銅損)，推導(dǎo)出

3 原副線圈電流之比與匝數(shù)成反比成立的條件

電流和匝數(shù)成反比是建立在原副線圈功率相等，且變壓器只有一個(gè)副線圈時(shí)，由U1I1=U2I2推導(dǎo)出來(lái)的.而要滿足原副線圈的功率相等，那就需要變壓器的原副線圈沒(méi)有能量損失，變壓器工作時(shí)除了有漏磁和電阻生熱外還有哪些能量損失呢？思考這個(gè)問(wèn)題，我們需要回到變壓器的結(jié)構(gòu)上.

7890A/5975C型氣相色譜（GC）-質(zhì)譜（MS）聯(lián)用儀（美國(guó)安捷倫公司）；H1650-W型冷凍離心機(jī)（德國(guó)Eppendorf公司）；IX71型倒置顯微鏡（日本奧林巴斯公司）；QL-86型旋渦混合器（江蘇海門其林貝爾儀器制造有限公司）；TP-220型電子天平（湘儀天平儀器設(shè)備有限公司）。

如圖3所示，變壓器除了有原副線圈以外還有一個(gè)鐵芯，它是一個(gè)導(dǎo)體，由于電磁感應(yīng)在大塊金屬中會(huì)形成渦流，進(jìn)而會(huì)釋放出大量的焦耳熱，所以在這里鐵芯會(huì)有熱損失.實(shí)際生活中變壓器的鐵芯不用整塊的軟鐵，而是使用厚度為0.35～0.5 mm的硅鋼片，硅鋼片涂上絕緣漆后疊合而成，這樣使得鐵芯的電阻很大，渦電流就會(huì)被限制在狹小的范圍內(nèi)，可以使渦流減小很多，從而使損失大大降低.在變壓器的鐵芯中，除了渦流損失還有一部分損失叫磁滯損耗，這是由于鐵芯在反復(fù)磁化的過(guò)程中，其內(nèi)部物質(zhì)微粒因發(fā)生內(nèi)摩擦而造成的損失，減小磁滯損失的措施是使用磁滯損失較小的材料做成鐵芯.工業(yè)中主要使用鐵氧體做鐵芯，理想變壓器忽略了這一部分損失(通常稱為鐵損).

圖3 變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)忽略了銅損、鐵損、磁損時(shí)變壓器的電壓變比關(guān)系成立，此時(shí)電流的變比關(guān)系恒成立嗎？

下面我們一起來(lái)思考這樣一個(gè)特例，如圖4所示變壓器原線圈接在交變電源上，如果副線圈不接負(fù)載，那么通過(guò)原線圈的電流是否為零呢？

圖4 空載變壓器電路圖

4 結(jié)論

從上述推導(dǎo)過(guò)程可以看出，同時(shí)滿足下列4個(gè)條件的變壓器，可以定義為理想變壓器：

(1)沒(méi)有漏磁，即通過(guò)原、副線圈的每一匝的磁通量都一樣；

(3)鐵芯中沒(méi)有鐵損，即忽略鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗；

(4)原、副線圈的感抗均趨于無(wú)窮大，從而空載電流趨于零(在上面的討論中，只直接涉及原線圈的電感無(wú)窮大.但在許多情況下，兩個(gè)線圈中任一個(gè)作為原線圈都是可以的，所以要求兩線圈電感均趨于無(wú)窮大).

可見(jiàn)，理想變壓器理想了以上因素.