《Fundamentals of Power Electronics》——理想变压器基本公式推导

接下去推导理想变压器的基本公式。理想变压器满足以下三个条件:

1、无铜损。假设原副边线圈均无纯电阻,则不会因在铜导线中产生焦耳热引起能量损耗,另外也不考虑回路中的分布电容。

2、无铁损。忽略通过铁芯的磁通量变化引起的涡流损耗,忽略磁滞损耗,即铁芯由极端的软磁材料制成。

3、无漏磁。铁芯的磁导率无穷大,使得磁通量不会从铁芯表面溢出,通过原副线圈的磁通量相等。

事实上,只要满足了上述条件就能使原边线圈处的电能100%地传递给副边线圈,其间无任何能量损耗。但这还不足以构成理想变压器,理想变压器除了满足上述的三个基本条件之外,还要满足“原副线圈的感抗趋近于∞”,其原因将在下面进行阐述。理想变压器模型如下图所示。

基本的变比公式有两个:电压变比公式、电流变比公式。两者分别描述了原副线圈处的电压和电流与理想变压器自身构造之间的联系。在原副回路的负载一定的前提下,变压器的构造不同,那在原副线圈处造成的电压和电流也不同。

研究交变电路有一个麻烦,电压和电流的方向是交变的,为了研究其方向随时间变化的关系,我们需要规定回路的绕行方向(注意“绕行方向”不是电流的方向)。例如:我们取主回路绕行方向为顺时针,副回路绕行方向也为顺时针,这样的话,如果某一时刻电流的方向与选定的绕行方向相同,则此时电流取正;如果某一时刻电流的方向与选定的绕行方向相反,则此时电流取负。为了研究方便,电压的方向也如此规定。

另一方面,需要规定两线圈的缠绕方向,不妨将两线圈如图缠绕。这样做有一个好处:当电流方向与选定的绕行方向一致的时候,两线圈上的电流激发的磁感应强度的方向也是一致的(顺时针方向),这时,选定的绕行方向进入线圈的一端叫作“同名端”。实际上完全可以任意地缠绕线圈,最终也能得到一样的结果,只是会对计算上造成不必要的麻烦。

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