理想變壓器的構造、作用、原理及特征
構造:兩組線圈(原、副線圈)繞在同一個閉合鐵芯上構成變壓器。
作用:在輸送電能的過程中改變電壓。
特征:正因為是利用電磁感應現象來工作的,所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交變電壓。
理想變壓器的工作原理
變壓器是利用電磁感應原理制成的靜止用電器。當變壓器的原線圈接在交流電源上時,鐵心中便產生交變磁通,交變磁通用φ表示。
由法拉第電磁感應定律可知,原、副線圈中的感應電動勢為:
U1=-N1dφ/dt
U2=-N2dφ/dt
式中N1、N2為原、副線圈的匝數。顯然可以推導本文上文所述的理想變壓器的所有公式。
變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件,當初級線圈中通有交流電流時,鐵芯(或磁芯)中便產生交流磁通,使次級線圈中感應出電壓(或電流)。
變壓器兩組線圈圈數分別為N1和N2,N1為初級,N2為次級。
作用
設在理想變壓器的次級接阻抗Z2,如圖,故得原邊的輸入阻抗為Z1=n2Z2,于是可得以下結論:
(1)n≠1時,Z0≠Z,這說明理想變壓器具有阻抗變換作用。
(2)由于n為大于零的實常數,故Z0與Z的性質全同,即次級的R,L,C,變換到初級相應為R/n2,ωL/n2,n2ωC。
(3)阻抗變換與同名端無關。
(4)當Z=0時,則Z0=0,即當次級短路時,相當與初級也短路。
(5)Z=∞時,則Z0=∞,即當次級開路時,相當與初級開路。
(6)阻抗變換具有可逆性,即也可將原邊的阻抗Z變換到副邊,但要注意此時副邊的等效阻抗為Z0=n2Z。阻抗變換作用是具有可逆性的。
由以上的全部敘述可見,理想變壓器既能變換電壓和電流,也能變換阻抗,因此,我們也可以稱它為變量器。在電力系統中變壓器是不可或缺的非常重要電氣設備,其在國民經濟中占有重要地位;在電子線路中,常利用理想變壓器的阻抗變換作用來實現阻抗匹配,使負載獲得最大功率。計算含理想變壓器電路的分析計算,一般仍是應用回路法(網孔法)和節點法等方法,只是在列方程時必須充分考慮它的伏安關系和阻抗變換特性即可解決問題 。