理想变压器都“理想”了什么*

吴爱兄

(北京市陈经纶中学 北京 100020)

王 军

(北京市朝阳区教育研究中心 北京 100000)

理想变压器是为了学习变压器的特点而建立的一个理想模型，在这个理想模型中到底都理想了什么呢？

1 原副线圈电动势之比等于匝数之比成立的条件

互感现象是变压器工作的基础，如图1所示.

图1 变压器的原理图

2 原副线圈电动势之比与电压之比是一回事吗

图2是变压器工作时的电路图.

图2 变压器工作电路图

图中U1指的是变压器原线圈的输入电压，而U2指的是副线圈的输出电压，通过图中的电路可以看出U1≠E1，U2≠E2.

依据闭合电路欧姆定律，在原线圈的回路中

U1-E1=I1r1

而在副线圈的回路中

E2=U2+I2r2

当r1和r2约等于零的时候U1=E1，U2=E2.理想变压器忽略了原副线圈的电阻(通常称为铜损)，推导出

3 原副线圈电流之比与匝数成反比成立的条件

电流和匝数成反比是建立在原副线圈功率相等，且变压器只有一个副线圈时，由U1I1=U2I2推导出来的.而要满足原副线圈的功率相等，那就需要变压器的原副线圈没有能量损失，变压器工作时除了有漏磁和电阻生热外还有哪些能量损失呢？思考这个问题，我们需要回到变压器的结构上.

7890A/5975C型气相色谱（GC）-质谱（MS）联用仪（美国安捷伦公司）；H1650-W型冷冻离心机（德国Eppendorf公司）；IX71型倒置显微镜（日本奥林巴斯公司）；QL-86型旋涡混合器（江苏海门其林贝尔仪器制造有限公司）；TP-220型电子天平（湘仪天平仪器设备有限公司）。

如图3所示，变压器除了有原副线圈以外还有一个铁芯，它是一个导体，由于电磁感应在大块金属中会形成涡流，进而会释放出大量的焦耳热，所以在这里铁芯会有热损失.实际生活中变压器的铁芯不用整块的软铁，而是使用厚度为0.35～0.5 mm的硅钢片，硅钢片涂上绝缘漆后叠合而成，这样使得铁芯的电阻很大，涡电流就会被限制在狭小的范围内，可以使涡流减小很多，从而使损失大大降低.在变压器的铁芯中，除了涡流损失还有一部分损失叫磁滞损耗，这是由于铁芯在反复磁化的过程中，其内部物质微粒因发生内摩擦而造成的损失，减小磁滞损失的措施是使用磁滞损失较小的材料做成铁芯.工业中主要使用铁氧体做铁芯，理想变压器忽略了这一部分损失(通常称为铁损).

图3 变压器的内部结构图

当忽略了铜损、铁损、磁损时变压器的电压变比关系成立，此时电流的变比关系恒成立吗？

下面我们一起来思考这样一个特例，如图4所示变压器原线圈接在交变电源上，如果副线圈不接负载，那么通过原线圈的电流是否为零呢？

图4 空载变压器电路图

4 结论

从上述推导过程可以看出，同时满足下列4个条件的变压器，可以定义为理想变压器：

(1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样；

(3)铁芯中没有铁损，即忽略铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗；

(4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于零(在上面的讨论中，只直接涉及原线圈的电感无穷大.但在许多情况下，两个线圈中任一个作为原线圈都是可以的，所以要求两线圈电感均趋于无穷大).

可见，理想变压器理想了以上因素.