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变压器空载运行时电流为零吗?

http://www.newdu.com 2018-12-01 人民教育出版社 佚名 参加讨论

    变压器空载运行时电流为零吗?
    湖北省兴山县第一中学 鲁军
    问题提出:如图1所示,理想变压器的初级线圈接电压一定的交流电源,次级线圈接电阻和滑线变阻器。试问:当滑动触头Pba滑动的过程中,电流表A的示数如何变化?
    
      我们可以根据变压器的初级线圈电流I1是由次级线圈的电流I2来决定的且I1I2成正比的关系,很容易得出当触头Pba滑动的过程中,电流表A的示数是减小的。做完这个题后很快就有同学提出:当次级线圈所接电阻无限增大而使电流为零,那么电流表A的示数是怎样的情况呢?此时如果将电流表换成灯泡,该灯泡能亮吗?根据公式I1/I2=n2/n1做计算,当I2等于零,I1就应该等于零。细心的同学又会产生疑问:初级线圈上明明接有电源,而电路又是导通的呀!怎么会没有电流呢?
    以上问题涉及到变压器的空载运行。就这个问题笔者想从变压器的基本原理来定性地来分析一下,不当之处还请各位同仁予以指正。
    
    如图2是变压器的原理简图。次级线圈空载时,当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时,导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1,它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出电动势E2,同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近,从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗,并且变压器本身也有一定的损耗,尽管此时次级没接负载,初级线圈中仍有一定的电流,这个电流我们称为“空载电流”。即次级线圈空载时初级线圈电流I1主要用来产生主磁通ф1,而电路损耗和铁芯损耗很小,因此即使外加电压很大,空载电流仍然很小。变压器的空载电流一般约为额定电流的6%~8%(国家规定空载电流不应大于额定电流的10%)。
    当次级接上负载时,次级线圈就产生电流I2,并因此而产生磁通ф2ф2的方向与ф1相反,起了互相削弱的作用,使铁芯中总的磁通量有所减少,从而使初级自感电动势E1减少,其结果使I1增大,可见初级电流与次级负载有密切关系。当初级线圈电流I1增加时,ф1也增加,并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通,以保持铁芯里总磁通量不变,从而达到新的平衡,即U1/U2=n1/n2在次级线圈空载和接有负载时都是成立的!
    为了更简单地说明变压器原理,我们可以将变压器的两个线圈看成两个电源,初级线圈是正在充电的电源,而次级线圈是向外供电的电源。由全电路欧姆定律可得:初级线圈上U1=E1+I1Zx1(Zx1为初级线圈的阻抗),次级线圈上E2=U2+I2Zx2(Zx2为次级线圈的阻抗)。当次级线圈空载时,初级线圈上的感应电动势E1几乎等于所加电压U1,故I1很小;当次级线圈上电流I2增大时,E1会减小,I1便随之增大了。
    总之,变压器空载时初级线圈的电流并不等于零但非常小,空载电流主要用于产生铁芯中的磁场和相应的损耗(“铜损”和“铁损”)。 (责任编辑:admin)
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