四、变压器 (3)(精品).ppt

5.4 5.4 变压器变压器用电器用电器额定工作电压额定工作电压用电器用电器额定工作电压额定工作电压随身听随身听3V机床上的照明灯机床上的照明灯36V扫描仪扫描仪12V防身器防身器3000V手机充电器手机充电器4.2V 4.4V 5.3V黑白电视机显像管黑白电视机显像管12万伏万伏录音机录音机6V 9V 12V彩色电视机显像管彩色电视机显像管34万伏万伏 在在我们使用的各种用电器中，所需的电我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？，那么如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压生活中需要各种电压需改变电压，以适应各种不同电压的需要。需改变电压，以适应各种不同电压的需要。变压器变压器变压器变压器就是就是改变改变交流交流电压电压的设备的设备在输电过程中，电压必须进行调整。在输电过程中，电压必须进行调整。城乡变压器城乡变压器各式变压器各式变压器可拆式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器变电站的大型变压器观察变压器结构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(初级线圈初级线圈)（3 3）副线圈）副线圈(次级线圈次级线圈)思考与讨论思考与讨论 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，一个线圈上，一个线圈连到交流电源连到交流电源的两端，另一个线圈连到小的两端，另一个线圈连到小灯泡上。小灯泡可能发光吗？说出你的道理。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：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l故变压器只有工作在交流电路中。（原线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，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。）变压器才可以起到变压作用。）l因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所 以原副线圈中的以原副线圈中的磁通量磁通量，磁通量的变磁通量的变 化量化量、磁通量的变化率磁通量的变化率都相同。都相同。无磁损无磁损无铜损无铜损无铁损无铁损理想变压器的特点：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。请根据互感原理推导变压器原、副线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。圈的电压与匝数的关系。理论推导I1I2n1n2U1U2根据法拉第电磁感应定律根据法拉第电磁感应定律得：原、副线圈中产生的得：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 t若不考虑原副线圈的内阻有若不考虑原副线圈的内阻有 U U1 1=E=E1 1 U U2 2=E=E2 2 1、n2 n1 U2U1升压升压变压器变压器2、n2 n1 U2 U1降压降压变压器变压器注：此公式无论副线圈一端是空载还注：此公式无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。是有负载，都是适用的。理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电压电压跟它们跟它们的的匝数匝数成成正比正比理想变压器输入功率等于输出功率理想变压器输入功率等于输出功率即即:U1I1=U2I2P入入=P出出四、理想变压器的变流规律四、理想变压器的变流规律理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电流电流跟它们跟它们的的匝数匝数成成反比反比此公式只适用于此公式只适用于一个副线圈一个副线圈的变压器的变压器功率关系功率关系理理想想变变压压器器不不计计铜铜损损、铁铁损损及及漏漏磁磁，所所以以输输入入功功率率等等于于输输出出功功率率当当副副线线圈圈为为断断路路时时，原原线线圈圈输输入入功功率率为为零零对对有有多多个个副副线线圈圈输输出出时时，输输入入功功率率等等于于副副线线圈上圈上输输出功率之和出功率之和频频率关系率关系变压变压器不能改器不能改变变交交变电变电流的流的频频率率在在原原线线圈圈中中接接上上周周期期性性变变化化的的电电流流在在副副线线圈圈中中激激发发出同出同频频率的交流率的交流电电变压变压器工作器工作时时的制的制约约关系关系1电压电压制制约约当当变变压压器器原原、副副线线圈圈的的匝匝数数比比(n1/n2)一一定定时时，输输出出电压电压U2由由输输入入电压电压U1决定，即决定，即U2n2U1/n1.2电电流制流制约约当当变变压压器器原原、副副线线圈圈的的匝匝数数比比(n1/n2)一一定定，且且输输入入电电压压U1确确定定时时，原原线线圈圈中中的的电电流流I1由由副副线线圈圈中中的的输输出出电电流流I2决定，即决定，即I1n2I2/n1.3负载负载制制约约(1)变变压压器器副副线线圈圈中中的的功功率率P2由由用用户户负负载载决决定定，P2P负负1P负负2；(2)变变压压器器副副线线圈圈中中的的电电流流I2由由用用户户负负载载及及电电压压U2确定，确定，I2P2/U2；(3)理理想想变变压压器器将将电电能能由由原原线线圈圈传传给给副副线线圈圈时时总总是是“量量出出为为入入”，即即用用户户消消耗耗多多少少，原原线线圈圈就就提提供供多多少，因而少，因而输输出功率决定出功率决定输输入功率，入功率，P1P2；即即变压变压器的器的输输入功率是由入功率是由输输出功率决定的出功率决定的4对对理想理想变压变压器器进进行行动态动态分析的两种常分析的两种常见见情况情况(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，可可以参照直流以参照直流电电路路动态动态分析的方法分析的方法即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2对对理想理想变压变压器，下列器，下列说说法中正确的是法中正确的是()A原原线线圈圈的的输输入入功功率率，随随着着副副线线圈圈的的输输出出功功率率增增大而增大大而增大B原原线线圈圈的的输输入入电电流流，随随副副线线圈圈的的输输出出电电流流增增大大而增大而增大C原原线线圈圈的的电电流流，不不随随副副线线圈圈的的输输出出电电流流变变化化而而变变化化D当副当副线线圈的圈的电电流流为为零零时时，原，原线线圈的圈的电压电压也也为为零零AB课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一对变压器原理的理解对变压器原理的理解例例例例1 1图图543BC变变式式训训练练1(2011年年高高考考浙浙江江理理综综卷卷)如如图图544所所示示，在在铁铁芯芯上上、下下分分别别绕绕有有匝匝数数n1800和和n2200的的两两个个线线圈圈，上上线线圈圈两两端端与与u51sin 314t V的的交交流流电电源源相相连连，将将下下线线圈圈两两端端接接交交流流电电压压表表，则则交流交流电压电压表的表的读读数可能是数可能是()A2.0 VB9.0 VC12.7 V D144.0 V图图544A 如如图图545所所示示，一一台台有有两两个个副副线线圈圈的的变变压压器器，原原线线圈圈匝匝数数n11100 匝匝接接入入电电压压U1220 V的的电电路路中中(1)要要求求在在两两个个副副线线圈圈上上分分别别得得到到电电压压U26 V，U3110 V，它它们们的的匝匝数数n2，n3分分别为别为多少？多少？(2)若若在在两两副副线线圈圈上上分分别别接接上上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的的两两个个用用电电器器，原原线线圈的圈的输输入入电电流流为为多少？多少？类型二类型二变压器基本规律的应用变压器基本规律的应用例例例例2 2图图545【思路点思路点拨拨】解解题时应题时应特特别别把握以下两点：把握以下两点：(1)原、副原、副线线圈的圈的电压电压与匝数的关系与匝数的关系(2)根据原、副根据原、副线线圈的功率关系确定圈的功率关系确定电电流关系流关系【答案答案】(1)30 匝匝550匝匝(2)0.36 A【规规律律总总结结】对对于于理理想想变变压压器器来来说说，变变压压公公式式和和输输入入功功率率等等于于输输出出功功率率是是普普通通适适用用的的规规律律，但但对对于于有有几几个个副副线线圈圈的的理理想想变变压压器器，电电流流公公式式就就不不能能使使用了用了图图546C类型三类型三变压器的动态分析变压器的动态分析例例例例3 3 (2010年年高高考考天天津津卷卷)为为探探究究理理想想变变压压器器原原、副副线线圈圈电电压压、电电流流的的关关系系，将将原原线线圈圈接接到到电电压压有有效效值值不不变变的的正正弦弦交交流流电电源源上上，副副线线圈圈连连接接相相同同的的灯灯泡泡L1、L2，电电路路中分中分别别接了理想交流接了理想交流电压电压表表V1、V2和理想和理想交流交流电电流表流表A1、A2，导线电导线电阻不阻不计计，如，如图图547所示当开关所示当开关S闭闭合后合后()图图547AA1示数变大，示数变大，A1与与A2示数的比值不变示数的比值不变BA1示数变大，示数变大，A1与与A2示数的比值变大示数的比值变大CV2示数变小，示数变小，V1与与V2示数的比值变大示数的比值变大DV2示数不变，示数不变，V1与与V2示数的比值不变示数的比值不变AD【规规律律总总结结】处处理理这这类类问问题题的的关关键键是是要要分分清清变变量量与与不不变变量量，弄弄清清理理想想变变压压器器中中各各量量间间的的联联系系和和制制约约关关系系，在在理理想想变变压压器器中中，U2由由U1和和匝匝数数比比决决定定；I2由由U2和和负负载载电电阻阻决决定定I1由由I2和和匝匝数数比比决决定定变变式式训训练练3(2011年年嘉嘉兴兴高高二二检检测测)如如图图548所所示示有有一一理理想想变变压压器器，原原线线圈圈接接在在电电压压一一定定的的正正弦弦交交流流电电源源上上，副副线线圈圈电电路路中中接接入入电电阻阻R1和和光光敏敏电电阻阻R2,各各交交流流电电表表的的内内阻阻对对电电路路的的影影响响不不计计，当当有有光光照射照射电电阻阻R2时时，各，各电电表的示数表的示数变变化情况是化情况是()A电流表电流表A1示数变大示数变大 B电流表电流表A2示数变小示数变小C电压表电压表V1示数变小示数变小 D电压表电压表V1示数变大示数变大图图548A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