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電力與電子 · 交流電流與功率

變壓器與匝數比

變換器利用變化的磁通量連線兩個線圈。 在理想情況下,電壓與線圈比成比例,電流則根據功率關係變化。

相關實驗:變壓器 →
變壓器
變壓器實驗場景 →

意義與機制

交流電在主線中改變了鐵芯中的磁通,並會在次線中感應出電磁感應電壓。 能量可以線上圈之間沒有直接的電線連線的情況下進行傳遞。

如果透過線圈每個表面的電流變化速率相同,那麼線圈的匝數越多,產生的感應電壓就越大。 增加電壓會導致在相同的輸出功率下,輸出電流減小。

關係與條件

一個理想的變壓器遵循 V₂/V₁=N₂/N₁,並且輸入功率等於輸出功率。 假設效率為 η,則輸出功率為 Pout=ηPin;電壓比和功率傳輸效率是不同的量。

恆定直流電流不會在穩態下產生持續變化的磁通。 實際變壓器行為受到鐵芯飽和、漏磁通以及繞組損耗的影響。

觀察實驗中需要注意的事物

在理想的變壓器中,電壓與線圈比成比例,輸入功率等於輸出功率。

直流輸入電流、過熱以及切換瞬態並未進行建模。 效率損失僅影響輸入功率。 在螢幕上進行實驗;請勿使用實際電源、插座或高電壓進行重複。

關鍵關係與符號

V₂/V₁ = N₂/N₁ · Pout = ηPin

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
N₁, N₂1 次側與 2 次側匝數次
V₁, V₂每個電感上的電壓V
η電功率傳遞效率0~1

透過範例確認

需要多少輸入功率,才能在 90% 的效率下輸出 1.152 W?

1.28 W

常見誤解

  • 並非如此:如果使用變壓器增加電壓,則不會產生比輸入更大的新功率。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)