什么是理想变压器?
理想变压器是一个假想的变压器,具有以下特性:
- 原边和副边绕组的电阻可以忽略不计(或为零)。
- 无漏磁通,即所有磁通都限制在磁路内。
- 磁芯的磁导率无限大,因此在磁芯中建立磁通所需的磁动势可以忽略不计。
- 没有由于绕组电阻、磁滞和涡流引起的损耗。因此,效率为100%。
理想变压器的运行
空载理想变压器
考虑一个空载理想变压器,即其副边绕组是开路的(见图)。因此,原边绕组是一个纯电感线圈。
当将交流电压V1施加到原边绕组时,它会吸收非常小的励磁电流Im来在磁芯中建立磁通,该磁通滞后于施加的电压90°。励磁电流Im产生与之成比例且同相位的交流磁通ϕm。此交流磁通(ϕm)通过磁场将原边和副边绕组连接起来,并在原边绕组中感应电动势E1,并在副边绕组中感应电动势E2。
在原边绕组中感应的电动势E1等于并与施加的电压V1相反(根据楞次定律)。电动势E1和E2滞后于磁通(ϕm)90°,尽管它们的大小取决于原边和副边绕组的匝数。从空载理想变压器的相量图可以看出,磁通对两个绕组都是共有的,因此可以将其作为参考相量。此外,电动势E1和E2彼此同相,但E1等于V1且与之反相180°。
负载理想变压器
当负载连接到理想变压器副边绕组的端子时,变压器被认为是带负载的,并且负载电流流过副边绕组和负载。
考虑将阻抗为ZL的感性负载连接到理想变压器的副边绕组(见图)。然后,副边电动势E2将导致电流I2流过副边绕组和负载,该电流由下式给出:
$$\mathrm{I_{2}\:=\:\frac{E_{2}}{Z_{L}}\:=\:\frac{V_{2}}{Z_{L}}}$$
因为对于理想变压器,电动势E2等于副边端电压V2。
这里,负载是感性的,因此,电流I2将滞后于E2或V2一个角度ϕ2。此外,空载电流I0被忽略,因为变压器是理想的。
流过副边绕组的电流(I2)建立一个磁动势(N2I2),它产生一个与主磁通(ϕm)方向相反的磁通ϕ2。结果,磁芯中的总磁通量与其原始值发生变化,但是,磁芯中的磁通量不应与其原始值发生变化。因此,为了使磁芯中的磁通量保持其原始值,原边电流必须产生一个磁动势,该磁动势可以抵消副边磁动势N2I2的退磁作用。因此,原边电流I1必须流动,使得:
$$\mathrm{N_{1}I_{1}\:=\:N_{2}I_{2}}$$
$$\mathrm{⇒\:I_{1} =\:\frac{N_{2}}{N_{1}}\times I_{2}\:=\:KI_{2}}$$
因此,原边绕组必须吸收足够的电流来中和副边电流的退磁作用,以使磁芯中的主磁通保持恒定。因此,当副边电流(I2)增加时,原边电流(I1)也以相同的方式增加并保持互磁通(ϕm)恒定。
从带负载理想变压器的相量图可以清楚地看出,副边电流I2滞后于副边端电压V2一个角度ϕ2。