高中物理 变压器 课件

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1.自耦变压器 自耦变压器的原
副线圈共用一个线圈
U1 n1 n2 U2
降压变压器
U1 n1 n2 U2
升压变压器
学以致用,知识延伸
思考:交流电压表有一定的量度范围,它 的绝缘能力也有限,不能直接测量过高的 电压。如何测量高压线上的交流电压?
2.互感器
钳式电流仪
V
电压互感器
使用时把原线圈与 电路并联,原线圈匝 数多于副线圈匝数
(3)负载制约
①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定, P2=P负1+P负2+…;
②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电 压U2确定,I2=P2/U2;
③总功率P入=P线+P2. 即变压器的输入功率是由输出功率决定的.
(4)对理想变压器进行动态分析的两种常见情 况
①原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随 负载电阻变化而变化的情况,进行动态分析 的顺序是R→I1→P2→P1→I1.
2.对副线圈有多个的变压器
U1I1=U2I2+U3I3+…
由 Un11=Un22=Un33=…

n1I1

n2I2

n3I3
+…
(1)电压制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时, 输出电压U2由输入电压决定,即U2=n2U1/n1.
(2)电流制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定, 且输入电压U1确定时,原线圈的电流I1由副 线圈中的输出电流I2决定,即I1=n2I2/n1.
若不考虑原副线圈的内阻,则U1=E1;U2=E2 则:U1/U2= n1/n2
电压关系
理想变压器原副线圈的端电压之比等于 这两个线圈的匝数之比 U1/U2= n1/n2
n2 >n1 U2>U1 -----升压变压器 n2 <n1 U2 <U1 -----降压变压器
电流关系
由于不存在各种能量损失,输入功率等于
图17-4-8
【自主解答】 滑动头向上匀速滑动,副线圈匝数
均匀增加与时间 t 成正比,由UU12=nn12,得:U2=nn2U1 1, 则 U2 与 t 也成正比,选项 C 正确;随着白炽灯变 亮,其本身电阻也逐渐增大,灯泡的 I-t 图线斜 率逐渐减小,B 项正确;
由于副线圈输出功率增大,原线圈的输入功率也
一、变压器的构造
一、变压器的构造
铁芯
原线圈
副线圈
1.构造:
(1)闭合铁芯 (2)原线圈(初级圈)——
与电源相连 (3)副线圈(次级圈)—
与负载相连
2.示意图
3.电路图中符号
n1
n2
铁芯与线圈互相绝缘
思考与讨论
问题1:原、副线圈并没有直接连接,那么在 给原线圈接交变电压U后,副线圈电 压U是怎样产生的?
【解析】 (1)由UU12=nn21,UU13=nn13 所以 U2=Un1n1 2=U2 ,U3=nn3U1 1=U5 又由 P=UR2,P2∶P3=U22∶U23=25∶4. (2)I2=UR2=2 A,I3=UR3=0.8 A. 因 P 入=P 出,知 n1I1=n2I2+n3I3,解得 I1=1.16
理想变压器各物理量的动态分析
中例为3 一理想变压器,其原线圈与一电压有效值 不变的交流电源相连:P为滑动头.现令P从均 匀密绕的副线圈最底端开始,沿副线圈匀速上 滑,直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压 为止.用I1表示流过原线圈的电流,
I2表示流过灯泡的电流,U2表示灯泡两端的电压, N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均 指有效值;电功率指平均值).下列4个图中,能 够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )
()
A.200 V C.30 V
B.110 V D.220 V
ΔΦ 解析:选 C.U1=n1ΔΔΦt ,U2=n2·Δ2t . UU12=2nn21,U2=2nn21·U1=2×622×220 V=30 V.
变压器基本公式的应用
例2 如图所示,变压器初次级线圈匝数分别为 n1=1000匝,n2=500匝,n3=200匝,次级线 圈n2、n3分别接一个电阻R=55 Ω的灯泡,初级 线圈上接入U=220 V交流电,求: (1)两次级线圈输出电功率之比. (2)初级线圈中的电流.
A. I2变小,I1变小 C. I2变大,I1变大
B. I2变小,I1变大 D. I2变大,I1变小
变式训练 1 图 17-4-4 为某一变压器铁芯的示 意图,已知原线圈匝数 n1=22 匝,副线圈匝数 n2=6 匝,原线圈 ab 两端输入交流电压 u=220 2 sinωt V,则副线圈 cd 端输出电压的有效值为
没有铁芯但靠得很近的原、副线圈的确存在互感关 系,但它传输电能的效率太差,因为大部分磁感线 都流失在线圈外,漏失的磁感线不会在原、副线圈 之间起传输电能作用。而铁芯由于被磁化,绝大部 分磁感线集中在铁芯上,大大增强了变压器传输电 能的效率。
二、变压器的工作原理 ——互感现象


变压器通过闭合铁芯,利用互感现象实现了:
关于理想变压器在使用中的判断,其正确的 是
答案:(AB ) A.当副线圈提供电能的用电器有一部分停
止工作时,原线圈两端电压保持不变
B.当副线圈提供电能的电路中,并联更多 的用电器,原线圈输入的电流随之增大
C.当副线圈与用电电路断开时,副线圈两 端无电压
D.当副线圈与用电电路断开时,原线圈两 端无电压
2.套在变压器铁芯上的两只线圈起什么作用?
3.根据分析,原、副线圈即使不套在闭合铁芯上, 它们之间仍然存在电磁感应关系,那么为什么说 铁芯是变压器的必要组成部分?
原、副线圈有共同的铁芯,穿过它们的磁通量和磁 通量的变化时刻都相同,由于原、副线圈中有交变 电流而发生了互感现象,使电能可以通过交变磁场 从原线圈到达副线圈
2.在图中,4个电灯的规格完全相同,而且都在正 常发光,下述说法正确的有
A.n1∶n2=1∶3 B.n1∶n2=3∶1 C.电源电压的有效值为一个电灯额定电压的4倍 D.电源的输出能量与变压器的输出能量相等
3.图中为一与电源相接的理想变压器。原线圈中 电流为,副线圈中的电流为。当副线圈中的负 载电阻减小时:
5.4变压器
长江三峡大坝是世界上第一高水坝
交流电路中实现电压改变的重要 设备。
目标概览
学习目标: 1. 知道变压器的构造. 2.理解变压器的工作原理. 3.理解变压器的原、副线圈中电压 与匝数的关系,能用它来分析解决基本问题 4.知道互感器的原理及用处.
重点难点: 1.变压器的工作原理. 2.推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系
②负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的 变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是 n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.
特别提醒:
(1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时 总是“量出为入”,即用户消耗多少,原线 圈就提供多少,因而输出功率决定输入功 率.
(2)可以把理想变压器的副线圈看做给用户供 电的无内阻电源,对负载电路进行动态分析 时,可以参照直流电路动态分析的方法.
几个因果关系
1.输入功率P1由输出功率P2决定;P1=P2
2.U1由电源决定; 3.U2由U1和匝数比决定;U2=n2/n1·U1
4.I2由U2和负载决定; I2=U2/R
5.I1由I2和匝数比决定;
I1
I2
I1=n2/n1·I2
n1 U1
n2U2 R
几种常用变压器
问题:有没有只用一组线圈来实现变压的变压器?
A.
【答案】 (1)25∶4 (2)1.16 A
【点评】 UU21=nn12既适用于一个副线圈的变压 器也适用于多个副线圈的变压器,而II21=nn21只 适用于一个副线圈的变压器,对于多级副线圈 工作的变压器求解的方法是:一定要从 P 入=P 出,P=UI 入手求解.
变式训练2 如图17-4-6所示,一理想变压器原副线圈的 匝数比为1∶2;副线圈电路中接有灯泡,灯泡 的额定电压为220 V,额定功率为22 W;原线圈 电路中接有电压表和电流表.现闭合开关,灯 泡正常发光.若用U和I分别表示此时电压表和 电流表的读数,则( )
增大,由 P=UI 知,输入电流也要增大,故 A
错;灯泡消耗的功率
N2

U22 R
,所

N2

U2
不成正比,即 N-t 图象不满足正比例函数关系,
故 D 错.
【答案】 BC
4.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载 电阻变化而变化的情况,进行动态分析的顺序是 R→I2→P2→P1→I1. (2)负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化 而 变 化 的 情 况 , 进 行 动 态 分 析 的 顺 序 是 n1 、 n2→U2→I2→P2→P1→I1. 特别提醒:理想变压器的副线圈可看做给用户供 电的无阻电源,对负载电路进行动态分析时,可 以参照直流电路动态分析的方法.
输出功率,即 P1 P2 ,也就是 U1I1 U2I2
所以有 I1 U2 n2
I2 U1 n1
从电流与匝数的关系可知,变压器高压线 圈匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕 制,低压绕圈匝数少而通过的电流大,应用较 粗的导线绕制.
1.对副线圈只有一个的变压器

UUU112I=1=nn21U2I2⇒II21=nn21
三、变压器的变压规律
思考:原、副线圈的电压与什么因素有 关系?请你根据所学过的知识进行猜想。
理论探究:探究变压器线圈两端电压与匝数的关系
原、副线圈中产生的 I1
I2
感应电动势分别是: E1=n1/ t
U1 n1
n2 U2
E2=n2/ t E1/n1= E2/n2
原线圈回路有:U1− E1=I1r1≈ 0 则U1=E1 副线圈回路有:E2=U2 +I2r2 ≈U2 则U2=E2
关于理想变压器的说法正确的是( )
AC
A.理想变压器不考虑铁芯漏磁与发热 B.UU12=nn12只适用于一个原线圈和一个副线圈组成的 变压器 C.在理想变压器中,无论有几个线圈一定有输入功 率等于输出功率,即 P 入=P 出 D.在理想变压器中,如果有多个(大于等于 3 个)线 圈同时工作II12=nn21同样适用
A
电流互感器
使用时把原线圈与 电路串联,原线圈匝 数少于副线圈匝数
小结
理想变压的两个变:变电压、 变电流
理想变压器的两个不变:功率不变、 频率不变
原线圈对于电源而言,相当于用电器; 副线圈对于负载(用户)而言,相当于电源
理想变压器是一个既不消耗也不储存能量, 仅传输能量和信号
电压高的线圈匝数多,电流小,用较细导线绕制; 电压低的线圈匝数少,电流大,用较粗导线绕制
A.U=110 V,I=0.2 A
B.U=110 V,I=0.05 A
C.U=110 2 V,I=0.2 A D.U=110 2 V,I=0.2 2 A
解析:选 A.由于灯泡正常发光,故灯泡两端电压 即副线圈两端电压为 U2=220 V,通过灯泡的电 流即副线圈中的电流为 I2=22202A=0.1 A.根据 理想变压器电压关系 U1∶U2=n1∶n2,得 U1= 110 V,电流关系 I1∶I2=n2∶n1,得 I1=0.2 A, 则 U=U1=110 V,I=I1=0.2 A.故选项 A 正确, 选项 B、C、D 错误.
电能 → 磁场能 → 电能转化
(U1、I1) Leabharlann 变化的磁场)( U2、I2)
思考:若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U=2?0
理想变压器模型
理想变压器也是一个 理想化模型。
——没有能量损失的变压器
理想变压 器的特点:
无铜损---r为零 无铁损---无涡流
无漏磁--- 1 2
实际上变压器的效率都是比较高的,特别是电力设 备中的巨大变压器,在满负荷工作时效率可以达到 97%~99%,所以理论研究时我们把它当成100% (理想变压器)是没有问题的。
课堂互动讲练
对变压器原理的理解
例1
如图17-4-3所示,原、副线圈匝数比为 2∶1的理想变压器正常工作时( )
图17-4-3
A.原、副线圈磁通量之比为2∶1 B.原、副线圈电流之比为1∶2 C.输入功率和输出功率之比为1∶1 D.原、副线圈磁通量变化率之比为1∶1
【解析】 理想变压器原副线圈的磁通量总 相等(无漏磁),A 错 D 对;输入功率总等于 输出功率,C 对;电流与匝数满足nn12=II21,B 对.
【点评】 对于“口”字形变压器,原、副线 圈中磁通量变化率相等,因此每匝产生的电动 势相等.对于其他形状的铁芯,要具体分析.
【解析】 理想变压器原副线圈的磁通量总 相等(无漏磁),A 错 D 对;输入功率总等于 输出功率,C 对;电流与匝数满足nn12=II21,B 对. 【答案】 BCD
【点评】 对于“口”字形变压器,原、副线 圈中磁通量变化率相等,因此每匝产生的电动 势相等.对于其他形状的铁芯,要具体分析.
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