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电力与电子 · 交流电流与功率

变压器与匝数比

变换器利用变化的磁通量连接两个线圈。 在理想情况下,电压与线圈比成比例,电流则根据功率关系变化。

相关实验:变压器 →
变压器
变压器实验场景 →

意义与机制

交流电在主线中改变了铁芯中的磁通,并会在次线中感应出电磁感应电压。 能量可以在线圈之间没有直接的电线连接的情况下进行传递。

如果通过线圈每个表面的电流变化速率相同,那么线圈的匝数越多,产生的感应电压就越大。 增加电压会导致在相同的输出功率下,输出电流减小。

关系与条件

一个理想的变压器遵循 V₂/V₁=N₂/N₁,并且输入功率等于输出功率。 假设效率为 η,则输出功率为 Pout=ηPin;电压比和功率传输效率是不同的量。

恒定直流电流不会在稳态下产生持续变化的磁通。 实际变压器行为受到铁芯饱和、漏磁通以及绕组损耗的影响。

观察实验中需要注意的事物

在理想的变压器中,电压与线圈比成比例,输入功率等于输出功率。

直流输入电流、过热以及切换瞬态并未进行建模。 效率损失仅影响输入功率。 在屏幕上进行实验;请勿使用实际电源、插座或高电压进行重复。

关键关系与符号

V₂/V₁ = N₂/N₁ · Pout = ηPin

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
N₁, N₂1 次侧与 2 次侧匝数次
V₁, V₂每个电感上的电压V
η电功率传递效率0~1

工作实例

需要多少输入功率,才能在 90% 的效率下输出 1.152 W?

1.28 W

常见误解

  • 并非如此:如果使用变压器增加电压,则不会产生比输入更大的新功率。

通过实验探索这个概念

参考文献

OpenStax · 物理学:大学教材,第二卷 (英文版)