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1、5 4 变压器 变压器 照明灯电压 220伏机床上照明灯 36伏半导体收音机电源电压不超过10伏大型发电机交流电压 几万伏远距离输电 几十万伏电视机显像管却需要10000V以上电压交流便于改变电压 以适应各种不同的需要 变压器就是改变交流电压的设备 几种常见的变压器 形形色色的变压器 城乡变压器 各式变压器 可拆式变压器 变电站的大型变压器 2 示意图 一 变压器的构造 铁芯 原线圈 副线圈 3 电路图中符号 铁芯与线圈互相绝缘 1 构造 1 闭合铁芯 2 原线圈 初级线圈 3 副线圈 次级线圈 思考与讨论 把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上 一个线圈连到交流电源的两端 另一个线圈连
2、到小灯泡上 小灯泡可能发光吗 说出你的道理 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了 电能 磁场能 电能转化 U1 I1 变化的磁场 U2 I2 二 变压器的工作原理 思考 若给原线圈接直流电压U1 副线圈电压U2 0 互感现象 故变压器只有工作在交流电路中 原线圈接的电流 电压要变 才会有互感现象 变压器才可以起到变压作用 因为原副线圈共用一个闭合铁芯 所以原副线圈中的磁通量 磁通量的变化量 磁通量的变化率都相同 无磁损 无铜损 无铁损 理想变压器的特点 理想变压器模型 没有能量损失的变压器 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
3、以理论研究时我们把它当成100 理想变压器 是没有问题的 理想变压器也是一个理想化模型 请根据互感原理推导变压器原 副线圈的电压与匝数的关系 理论推导 根据法拉第电磁感应定律得 原 副线圈中产生的感应电动势分别是 E1 n1 t E2 n2 t 若不考虑原副线圈的内阻有U1 E1U2 E2 1 n2 n1U2 U1 升压变压器 2 n2 n1U2 U1 降压变压器注 此公式无论副线圈一端是空载还是有负载 都是适用的 理想变压器原副线圈的电压跟它们的匝数成正比 理想变压器输入功率等于输出功率 即 U1I1 U2I2 P入 P出 四 理想变压器的变流规律 理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比
4、 此公式只适用于一个副线圈的变压器 功率关系理想变压器不计铜损 铁损及漏磁 所以输入功率等于输出功率 当副线圈为断路时 原线圈输入功率为零 对有多个副线圈输出时 输入功率等于副线圈上输出功率之和 频率关系变压器不能改变交变电流的频率 在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电 变压器工作时的制约关系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U1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 原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定 即I1 n2I2 n1 3 负载制约
5、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 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 P1 P2 即变压器的输入功率是由输出功率决定的 2 互感器 电流互感器 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 使用时把原线圈与电路串联 原线圈匝数少于副线圈匝数 钳式电流仪 图5 4 3 BCD 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
6、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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 对理想变压器 下列说法中正确的是 A 原线圈的输入功率 随着副线圈的输出功率增大而增大B 原线圈的输入电流 随副线圈的输出电流增大而增大C 原线圈的电流 不随副线圈的输出电流变化而变化D 当副线圈的电流为零时 原线圈的电压也为零 AB 如图5 4 5所示 一台有两个副线圈的变压器 原线圈匝数n1
7、 1100匝 接入电压U1 220V的电路中 1 要求在两个副线圈上分别得到电压U2 6V U3 110V 它们的匝数n2 n3分别为多少 2 若在两副线圈上分别接上 6V20W 110V60W 的两个用电器 原线圈的输入电流为多少 图5 4 5 思路点拨 解题时应特别把握以下两点 1 原 副线圈的电压与匝数的关系 2 根据原 副线圈的功率关系确定电流关系 答案 1 30匝550匝 2 0 36A 规律总结 对于理想变压器来说 变压公式和输入功率等于输出功率是普通适用的规律 但对于有几个副线圈的理想变压器 电流公式就不能使用了 图5 4 6 C 4 对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 1
8、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 图5 4 7 A A1示数变大 A1与A2示数的比值不变B A1示数变大 A1与A2示数的比值变大C V2示数变小 V1与V2示数的比值变大D V2示数不变 V1与V2示数的比值不变 AD 规律总结 处理这类问题的关键是要分清变量与不变量 弄清理想变压器中
9、各量间的联系和制约关系 在理想变压器中 U2由U1和匝数比决定 I2由U2和负载电阻决定 I1由I2和匝数比决定 变式训练3 2011年嘉兴高二检测 如图5 4 8所示有一理想变压器 原线圈接在电压一定的正弦交流电源上 副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻R2 各交流电表的内阻对电路的影响不计 当有光照射电阻R2时 各电表的示数变化情况是 A 电流表A1示数变大B 电流表A2示数变小C 电压表V1示数变小D 电压表V1示数变大 图5 4 8 A 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 电流互感器 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 使用时把原线圈与电路串联 原线圈匝数少于副线圈匝数 钳式电流仪
