电路分析之《变压器》

电路分析之《变压器》

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_45748475/article/details/106385919

原理

变压器的工作原理基于磁耦合。当初级线圈流过交流电时，会在铁芯中产生磁场。由于次级线圈和初级线圈位于同一磁路中，它们之间存在较强的耦合。理想情况下，假设耦合系数为1，即初级产生的磁通量完全被次级线圈包围。根据电磁感应定律，初级和次级线圈的电压与匝数成正比，即U1:U2 = N1:N2。考虑到能量守恒，初级和次级的电流与匝数成反比，即I1:I2 = N2:N1。

变压器的阻抗变换作用

如何实现阻抗变换？

当在变压器的次级接一个负载Z2时，根据次级电压和电流的关系，有Z2 = U2/I2。从初级看，等效阻抗Z1 = U1/I1。将这些关系转换为次级的电压和电流表示，得到Z1 = (N1/N2)² * Z2。这样，通过变压器，就可以在初级侧等效出次级负载Z2的效果，实现阻抗变换。

阻抗变换的应用

例如，假设一个喇叭的阻抗为6欧姆，而放大电路的输出阻抗为600欧姆。直接连接时，喇叭无法正常发声。通过使用一个变比为10:1的变压器，可以将次级的6欧姆阻抗变换为600欧姆，从而实现清晰的音频输出。

例题

在下图所示电路中，为了使10欧姆电阻获得最大功率，需要求解变压器的变比n。

最终答案是 n = √5。

变压变流的应用

变压器在电力传输中发挥着重要作用。在能量恒定的情况下，导线长度和电阻率一定时，220V传输100km与110kV传输100km相比，后者可以显著降低线路损耗。这是因为能量恒定时，220V的电流是110kV的500倍，导致线路损耗增加500倍。因此，高压输电可以减少线路损耗，节省材料成本。

现实中的变压器

实际应用中的变压器存在以下损耗：

1. 耦合系数小于1，导致部分初级磁通量无法被次级完全包围，造成能量损失。
2. 当次级不接负载时，虽然I2 = 0，但初级仍需维持空载电流I0（通常为额定电流的3%左右）以建立磁场，这部分能量消耗持续不断。
3. 线圈使用铜线，存在电阻损耗，称为铜损。
4. 铁芯作为铁磁材料，存在涡流损耗和磁滞损耗，统称为铁损。