高中物理--变压器--课件ppt.ppt

5.45.4变压器变压器长江三峡大坝是世界上第一高水坝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。目标概览目标概览学习目标学习目标：1.知道变压器的构造知道变压器的构造 2理解变压器的工作原理理解变压器的工作原理 3理解变压器的原、副线圈中电压理解变压器的原、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知道互感器的原理及用处 重点难点重点难点：1.变压器的工作原理变压器的工作原理 2.推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系一、变压器的构造一、变压器的构造2.2.示意图示意图一、变压器的构造一、变压器的构造铁芯铁芯原线圈原线圈副线圈副线圈3.3.电路图中符号电路图中符号铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘n1n21.1.构造：构造：（1 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （2 2）原线圈）原线圈(初级圈初级圈)与电源相连与电源相连（3 3）副线圈）副线圈(次级圈次级圈)与负载相连与负载相连问题问题1 1：原、副线圈并没有直接连接，那么在原、副线圈并没有直接连接，那么在 给原线圈接交变电压给原线圈接交变电压U U后，副线圈电后，副线圈电 压压U U是怎样产生的？是怎样产生的？2.2.套在变压器铁芯上的两只线圈起什么作用？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，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？铁芯是变压器的必要组成部分？思考与讨论思考与讨论没有铁芯但靠得很近的原、副线圈的确存在互感关系，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。中在铁芯上，大大增强了变压器传输电能的效率。原、副线圈有共同的铁芯，穿过它们的磁通量和磁通原、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圈到达副线圈 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能电能 磁场能磁场能 电能电能转化转化(U1、I1)(变化的磁场变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理思考：思考：若给原线圈接直流电压若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压副线圈电压U2?=0互感现象无漏磁无漏磁-无铜损无铜损-r-r为零为零无铁损无铁损-无涡流无涡流理想变压器的特点：理想变压器模型理想变压器模型没有能量损失的变压器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备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%97%99%99%，所以理论研究时我们把它当成，所以理论研究时我们把它当成100%100%（理想变压（理想变压器）是没有问题的。器）是没有问题的。理想变压器也是一个理想化模型。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。三、变压器的变压规律三、变压器的变压规律理论探究：理论探究：探究变压器线圈两端电探究变压器线圈两端电压与匝数的关系压与匝数的关系 I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的原、副线圈中产生的感应电动势分别是：感应电动势分别是：E E1 1=n=n1 1/t tE E2 2=n=n2 2/t tE1 1/n/n1 1=E2 2/n/n2 2原线圈回路有：原线圈回路有：U U1 1 E E1 1=I=I1 1r r1 1 0 0则则U U1 1=E=E1 1副线圈回路有：副线圈回路有：E E2 2=U=U2 2 +I+I2 2r r2 2 UU2 2则则U U2 2=E=E2 2若不考虑原副线圈的内阻，则若不考虑原副线圈的内阻，则U U1 1=E=E1 1；U U2 2=E=E2 2则：则：U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 2理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的端电压之比端电压之比等于等于这两个线圈的这两个线圈的匝数之比匝数之比n n2 2 n n1 1 U U2 2U U1 1 -升压变压器升压变压器n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -降压变压器降压变压器U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 2电压关系电压关系从电流与匝数的关系可知，变压器高压线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，应用较制，低压绕圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制粗的导线绕制电流关系电流关系由于不存在各种能量损失，输入功率等于由于不存在各种能量损失，输入功率等于输出功率，即输出功率，即 ，也就是，也就是 所以有所以有l(1)电压制约l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U2n2U1/n1.l(2)电流制约l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I1n2I2/n1.l(3)负载制约l变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2P负1P负2；l变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2P2/U2；l总功率P入P线P2.l即变压器的输入功率是由输出功率决定的l(4)对理想变压器进行动态分析的两种常见情况l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RI1P2P1I1.l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、n2U2I2P2P1I1.l特别提醒：l(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l(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U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R几个因果关系几个因果关系 1.输入功率输入功率P1由输出功率由输出功率P2决定；决定；P1P22.U1由电源决定；由电源决定；3.U2由由U1和匝数比决定；和匝数比决定；U2n2/n1U14.I2由由U2和负载决定；和负载决定；I2U2R5.I1由由I2和匝数比决定；和匝数比决定；I1n2/n1I2几种常用变压器几种常用变压器1.自耦变压器自耦变压器升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器学以致用，知识延伸学以致用，知识延伸思考：交流电压表有一定的量度范围，它思考：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？电压。如何测量高压线上的交流电压？2.2.互感器互感器 A电流互感器电流互感器电压互感器电压互感器V 使用时把原线圈与使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数数少于副线圈匝数钳式电流仪钳式电流仪小结小结l理想变压的两个变：变电压、理想变压的两个变：变电压、变电流变电流l理想变压器的两个不变：功率不变、理想变压器的两个不变：功率不变、频率不变频率不变l原线圈对于电源而言，相当于用电器；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，相当于电源副线圈对于负载（用户）而言，相当于电源l理想变压器是一个既不消耗也不储存能量，理想变压器是一个既不消耗也不储存能量，仅传输能量和信号仅传输能量和信号l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ACl关于理想变压器在使用中的判断，其正确的是l()lA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lB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lC当副线圈与用电电路断开时，副线圈两端无电压lD当副线圈与用电电路断开时，原线圈两端无电压答案：AB课堂互动讲练课堂互动讲练如如图图1743所所示示，原原、副副线线圈圈匝匝数数比比为为21的理想变压器正常工作时的理想变压器正常工作时()图图1743对变压器原理的理解对变压器原理的理解例例例例1 1A原、副线圈磁通量之比为原、副线圈磁通量之比为21B原、副线圈电流之比为原、副线圈电流之比为12C输入功率和输出功率之比为输入功率和输出功率之比为11D原、副线圈磁通量变化率之比为原、副线圈磁通量变化率之比为1 1 【点评点评】对于对于“口口”字形变压器，原、副线圈字形变压器，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，要具体分析等对于其他形状的铁芯，要具体分析【答案答案】BCD【点评点评】对于对于“口口”字形变压器，原、副线圈字形变压器，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，要具体分析等对于其他形状的铁芯，要具体分析2.在图中，在图中，4个电灯的规格完全相同，而且都在正个电灯的规格完全相同，而且都在正常发光，下述说法正确的有常发光，下述说法正确的有 An1 n2=1 3 Bn1 n2=3 1 C电源电压的有效值为一个电灯额定电压的电源电压的有效值为一个电灯额定电压的4倍倍 D电源的输出能量与变压器的输出能量相等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：A200 VB110 VC30 V D220 V如如图图所所示示，变变压压器器初初次次级级线线圈圈匝匝数数分分别别为为n11000匝匝，n2500匝匝，n3200匝匝，次次级级线线圈圈n2、n3分分别别接接一一个个电电阻阻R55 的的灯灯泡泡，初初级级线圈上接入线圈上接入U220 V交流电，求：交流电，求：(1)两次级线圈输出电功率之比两次级线圈输出电功率之比(2)初级线圈中的电流初级线圈中的电流变压器基本公式的应用变压器基本公式的应用例例例例2 2【答案答案】(1)25 4(2)1.16 A变式训练变式训练2如图如图1746所示，一理想变压器原副线圈的所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为匝数比为1 2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为额定电压为220 V，额定功率为，额定功率为22 W；原线圈电；原线圈电路中接有电压表和电流表现闭合开关，灯泡正路中接有电压表和电流表现闭合开关，灯泡正常发光若用常发光若用U和和I分别表示此时电压表和电流表分别表示此时电压表和电流表的读数，则的读数，则()中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：变的交流电源相连：P为滑动头现令为滑动头现令P从均匀从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止两端的电压等于其额定电压为止用用I1表示流过原线圈的电流，表示流过原线圈的电流，理想变压器各物理量的动态分析理想变压器各物理量的动态分析例例例例3 3I2表表示示流流过过灯灯泡泡的的电电流流，U2表表示示灯灯泡泡两两端端的的电电压压，N2表表示示灯灯泡泡消消耗耗的的电电功功率率(这这里里的的电电流流、电电压压均均指指有有效效值值；电电功功率率指指平平均均值值)下下列列4个个图图中中，能能够正确反映相应物理量的变化趋势的是够正确反映相应物理量的变化趋势的是()图图1748【答案答案】BC4对理想变压器进行动态分析的两种常见情况对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原原、副副线线圈圈匝匝数数比比不不变变，分分析析各各物物理理量量随随负负载载电电阻阻变变化化而而变变化化的的情情况况，进进行行动动态态分分析析的的顺顺序序是是RI2P2P1I1.(2)负负载载电电阻阻不不变变，分分析析各各物物理理量量随随匝匝数数比比的的变变化化而而变变化化的的情情况况，进进行行动动态态分分析析的的顺顺序序是是n1、n2U2I2P2P1I1.特特别别提提醒醒：理理想想变变压压器器的的副副线线圈圈可可看看做做给给用用户户供供电电的的无无阻阻电电源源，对对负负载载电电路路进进行行动动态态分分析析时时，可可以参照直流电路动态分析的方法以参照直流电路动态分析的方法