高中物理选修《变压器》课件.ppt

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1、关于高中物理选修变压器第1页，此课件共32页哦 但我们国家民用统一供电均为但我们国家民用统一供电均为220V220V，那么如何使，那么如何使这些额定电压不是这些额定电压不是220V220V的电器设备正常工作的呢？的电器设备正常工作的呢？变变压器就是改变交流电压的设备压器就是改变交流电压的设备第2页，此课件共32页哦几种常见的变压器几种常见的变压器第3页，此课件共32页哦一、变压器的构造一、变压器的构造1.1.示意图示意图 U1U2 n1n2 原原线线圈圈副副线线圈圈铁铁芯芯2.2.构造：构造：（1 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （绝缘硅钢片（绝缘硅钢片叠合而成）叠合而成）（2 2）原线圈（初级线圈）

2、：）原线圈（初级线圈）：跟跟电源相连，用绝缘线绕成的电源相连，用绝缘线绕成的,其其匝数用匝数用n n1 1表示表示（3 3）副线圈（次级线圈）：）副线圈（次级线圈）：副副线圈（次级线圈）：线圈（次级线圈）：跟负载相连，跟负载相连，用绝缘线绕成的用绝缘线绕成的,其匝数用其匝数用n n2 2表示表示闭合铁芯是由涂有绝缘漆的硅钢薄片叠合而成。闭合铁芯是由涂有绝缘漆的硅钢薄片叠合而成。（4 4）输入电压：）输入电压：U U1 1;输出电压：输出电压：U U2 2.注意：线圈必须绕在铁芯上，铁芯必须是闭合的。注意：线圈必须绕在铁芯上，铁芯必须是闭合的。第4页，此课件共32页哦3.3.电路图中符号电路图中

3、符号n1n2问题：问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压交变电压U U1 1后，副线圈电压后，副线圈电压U U2 2是怎样产生的是怎样产生的？铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘 U1U2 n1n2 第5页，此课件共32页哦原线圈原线圈接接 交交流流 电电在铁芯中在铁芯中产生变化产生变化的磁通量的磁通量副线圈副线圈产生感产生感应电动势应电动势副线圈中副线圈中如有电流如有电流在铁芯中在铁芯中产生变化产生变化的磁通量的磁通量原线圈原线圈产生感产生感应电动势应电动势二、变压器的工作

4、原理互感互感现象互感现象是变压器工作的基础是变压器工作的基础 U1U2n1n2 若给原线圈接若给原线圈接直流电压，直流电压，U副线圈电压副线圈电压U U2 2=？第6页，此课件共32页哦 如果在能量转化的过程中能量损失很小，能如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器。这是失，这样的变压器我们称之为理想变压器。这是物理学中又一种理想化模型。物理学中又一种理想化模型。理想变压器理想变压器 实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中

5、的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到中的巨大变压器，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，所以理论研究时我们把它当成100%（理想变压器）是没有（理想变压器）是没有问题的。问题的。第7页，此课件共32页哦实验结论：原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。次数次数12345U1U2V1V2研究原副线圈两端电压关系的实验研究原副线圈两端电压关系的实验第8页，此课件共32页哦三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动原、副线圈中产生的感应电动势分别是：势分别是：原线圈回路有：原线圈回路有：E E1 1=U=

6、U1 1 +I I1 1r r1 1 U U1 1 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：第9页，此课件共32页哦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这两等于这两个线圈的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

7、变压器第10页，此课件共32页哦四、理想变压器的变流规律四、理想变压器的变流规律问题：问题：原副线圈的电流可能满足何规律？原副线圈的电流可能满足何规律？1.1.理想变压器输出功率应等于输入功率理想变压器输出功率应等于输入功率即即:U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2P出出=P入入第11页，此课件共32页哦2.2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比比变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导

8、线绕制。通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。这这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。此公式只适用于一个副线圈的变压器第12页，此课件共32页哦U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R输入输出电压、电流、功率大小之间的因果输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系关系 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；4.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；第13页，此课件

9、共32页哦【例例1 1】理想变压器原、副线圈的匝数比理想变压器原、副线圈的匝数比n n1 1:n:n2 24 4：1 1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，图中电流表切割磁感线时，图中电流表A A1 1的示数的示数12mA12mA，则电，则电流表流表A A2 2的示数为的示数为（）A A3mA B3mA B0 C0 C48mA D48mA D与负载与负载R R的值的值有关有关解析：变压器只能工作于交流电路，不能工作在恒定电流和恒定电压的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副

10、线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过。第14页，此课件共32页哦【例例2 2】一理想变压器，其原线圈一理想变压器，其原线圈22002200匝，副线圈匝，副线圈440440匝，并接一个匝，并接一个100100的负载电阻，如图所示。的负载电阻，如图所示。（1 1）当原线圈接在）当原线圈接在44V44V直流电源电源上时，电压直流电源电源上时，电压表示数为表示数为_V,_V,电流表示数为电流表示数为_A._A.（2 2）当原线圈接在）当原线圈接在220V220V交变电源上时，电压表示交变电源上时，电压表示数为数为_V_V，电流表示数为，电流表示数为_A,_A,此时输此时输入功率为入功率为_

11、W._W.00440.4419.36第15页，此课件共32页哦U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2 2I I2 2=n n2 2n n1 1I I1 1I I2 218018011601160110011003636=n n2 2 P P2 2=n n1 1 U U2 2=3 3A A解：解：所以：所以：3 A练习练习1.1.一理想变压器，原线圈匝数一理想变压器，原线圈匝数n n1 1=1100=1100，接，接在电压在电压220V220V的交流电源上，当它对的交流电源上，当它对

12、11 11只并联的只并联的“36V36V，60w”60w”的灯泡供电时，灯泡正常发光。的灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知副线圈的匝数由此可知副线圈的匝数n n2 2=_=_，通过原线圈，通过原线圈的电流的电流 I I1 1=_=_。第16页，此课件共32页哦AVR1R2SA A.U.U 增大、增大、I I 增大、增大、P PR R1 1 增大增大C C.U.U 减小、减小、I I 减小、减小、P PR1 R1 减小减小D D.U.U 不变、不变、I I 减小、减小、P PR1 R1 不变不变B B.U.U 不变、不变、I I 减小、减小、P PR1R1 增大增大 练习练习3 3、如图所示：理

13、想变压器的原线圈接高电如图所示：理想变压器的原线圈接高电压，变压后接用电器，线路电阻不计。压，变压后接用电器，线路电阻不计。S S原来闭合，原来闭合，且且R R1 1=R=R2 2，现将现将S S断开，那么交流电压表的示数断开，那么交流电压表的示数U U、交流电流表的示数交流电流表的示数I I 和用电器上和用电器上R R1 1的功率的功率P PR R1 1将分将分别（别（）D D 思考：变压器输入输出电思考：变压器输入输出电压、电流、功率大小之间的压、电流、功率大小之间的因果关系因果关系 是怎样的？是怎样的？第17页，此课件共32页哦五、几种常用变压器五、几种常用变压器1.1.自耦变压器自耦变

14、压器U2U1ABPU1U2n1n2升压变压器升压变压器n1n2U1U2降压变压器降压变压器问题：有没有只问题：有没有只用一组线圈来实用一组线圈来实现变压的变压器现变压的变压器？自耦变压器的原副线圈共用一个线圈第18页，此课件共32页哦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第19页，此课件共32页哦例例4.4.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保护为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保护开关，如图所示是保护开关的电路原理简图开关

15、，如图所示是保护开关的电路原理简图 问：问：（1 1）电路正常工作时，）电路正常工作时，b b线圈是没有电流的，原因是什么？线圈是没有电流的，原因是什么？（2 2）如果站在地上的人不小心接触火线时，）如果站在地上的人不小心接触火线时，b b线圈为什么会产生线圈为什么会产生感应电流？感应电流？第20页，此课件共32页哦解析解析 发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结构和变压发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的器相似的电流互感器，其铁芯的a a侧有两个形状、绕向和匝侧有两个形状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线和虚线表示），数都完全相同的线圈

16、（图中分别用实线和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联起来，它们分别将用电器和火线、零线串联起来，220V220V交变电交变电流在流在MNOMNO、GRKGRK与发电厂之间流过；铁芯的与发电厂之间流过；铁芯的b b侧有另一个侧有另一个线圈与电磁继电器线圈与电磁继电器J J的线圈（图中未画出）并联，室内电的线圈（图中未画出）并联，室内电路正常工作时，路正常工作时，b b线圈没有电流，线圈没有电流，J J保持导通状态，当漏电时，保持导通状态，当漏电时，b b线圈便会产生感应电流，推动电磁继电器线圈便会产生感应电流，推动电磁继电器J J切断用电器的电路，切断用电器的电路，从而防止事故的发生从

17、而防止事故的发生第21页，此课件共32页哦答案答案 （1 1）电流互感器）电流互感器a a侧两线圈完全相同，流过两线圈侧两线圈完全相同，流过两线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相互抵消，的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相互抵消，b b侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流（2 2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电厂，厂，a a侧两线圈电流大小不等，产生侧两线圈电流大小不等，产生“剩余电流剩余电流”在铁芯中在铁芯中产生变化的产生变化的“剩余磁通剩余磁通”，b b侧线圈中磁

18、通量发生变化，线侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流圈中产生感应电流第22页，此课件共32页哦六、解决有多个副线圈的理想变压器的问题六、解决有多个副线圈的理想变压器的问题 一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n n1 1，两个副线圈的匝数分别为两个副线圈的匝数分别为n n2 2和和n n3 3，相应的电压分别为，相应的电压分别为U U1 1、U U2 2和和U U3 3，相应的电流分别为相应的电流分别为I I1 1、I I2 2和和I I3 3，根据变压器的工作原理可得：，根据变压器的工作原理可得：第23页，此课件共32页哦第24页

19、，此课件共32页哦【例例5 5】一台理想变压器原线圈匝数一台理想变压器原线圈匝数n n1 111001100匝，匝，两个副线圈的匝数分别是两个副线圈的匝数分别是n n2 26060匝，匝，n n3 3600600匝。匝。若通过两个副线圈中的电流分别为若通过两个副线圈中的电流分别为I I2 21A1A，I I3 34A4A，求原线圈中的电流。，求原线圈中的电流。解析：对于理想变压器，输入功率与输出功率解析：对于理想变压器，输入功率与输出功率相等，则有相等，则有I I1 1n n1 1I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3I I1 1（I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3）n

20、 n1 1（16016046004600）110011002.24A2.24A第25页，此课件共32页哦例例6、如如图图所所示示：理理想想变变压压器器的的交交流流输输入入电电压压U1=220V，有有两两组组副副线线圈圈，其其中中n2=36匝匝，标标有有“6V，9W”、“12V，12W”的的灯灯泡泡分分别别接接在在两两副副线线圈圈上均正常发光，求：上均正常发光，求：（1）原线圈的匝数为）原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数和另一副线圈的匝数n3.（2）原线圈的电流）原线圈的电流I1。n3n2n1解：（解：（1）由于两灯均正常发光，）由于两灯均正常发光，所以有：所以有：U2=6V，U3=12V根根

21、据据原原、副副线线圈圈电电压压与与匝匝数数的的关关系系，有有：U1/U2=n1/n2 n1=U1n2/U2=1320匝。匝。U3/U2=n3/n2，n3=U3n2/U2=72匝。匝。（2）根据能量守恒，有）根据能量守恒，有P入入=P出出。即。即I1U1=P2+P3，则则I1=（P2+P3）/U1=0.095A第26页，此课件共32页哦练习练习4 4如图所示，理想变压器的原线圈接上如图所示，理想变压器的原线圈接上220V220V交流电交流电压，副线圈有压，副线圈有A A、B B两组，两组，A A组接组接44的电阻，的电阻，B B组接规格为组接规格为“10V24W”10V24W”的灯泡。已知的灯泡

22、。已知A A组的线圈匝数为组的线圈匝数为3030匝，两端电压为匝，两端电压为6V6V，灯泡正常发光，求原线圈的匝数和电流。，灯泡正常发光，求原线圈的匝数和电流。第27页，此课件共32页哦【例例7 7】在绕制变压器时，某学生误将两个线圈绕在如图所在绕制变压器时，某学生误将两个线圈绕在如图所示变压器左右两臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的示变压器左右两臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中部的臂，磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中部的臂，已知线圈的匝数之比已知线圈的匝数之比n n1 1:n:n2 22 2：1.1.在不接负载的情况下，则在不

23、接负载的情况下，则-（）A A当线圈当线圈1 1输入电压为输入电压为220V220V时，线圈时，线圈2 2输出电压为输出电压为110V110VB B当线圈当线圈1 1输入电压为输入电压为220V220V时，线圈时，线圈2 2输出电压为输出电压为55V55VC C当线圈当线圈2 2输入电压为输入电压为110V110V时，线圈时，线圈1 1输出电压为输出电压为220V220VD D当线圈当线圈2 2输入电压为输入电压为110V110V时，线圈时，线圈1 1输出电压为输出电压为110V110V第28页，此课件共32页哦 解析：当线圈解析：当线圈1 1接接220V220V的交流电压时，设穿过线圈的交流

24、电压时，设穿过线圈1 1的磁的磁通量为通量为，根据题意则穿过线圈，根据题意则穿过线圈2 2的磁通量为的磁通量为2.2.设线圈设线圈1 1、2 2的匝数分别为的匝数分别为2n2n、n n，则：，则：2202202n2nt U2t U2nnt1t12 2两式相比得两式相比得U U2 255V55V 当线圈当线圈2 2接接110V110V的交流电压时，设穿过线圈的交流电压时，设穿过线圈2 2的磁通的磁通量为量为，根据题意则穿过线圈，根据题意则穿过线圈1 1的磁通量为的磁通量为2.2.110110nnt t U U1 12n2nt1t12 2两式相比得两式相比得U U1 1110V 110V 选选BD

25、BD 第29页，此课件共32页哦练习练习5 5一理想变压器如图所示，在一理想变压器如图所示，在n n1 1两端接交流电两端接交流电U U1 1220V220V，n n1 1为为44004400匝，匝，n n2 2为为11001100匝。若要使匝。若要使U U3 3U U2 2，求，求n n3 3。解析：解析：n n1 1匝线圈产生的电动势匝线圈产生的电动势E E1 1U U1 1n n1 11 1tt n n2 2匝线圈产生的电动势匝线圈产生的电动势E E2 2U U2 2n n2 22 2tt n n3 3匝线圈产生的电动势匝线圈产生的电动势E E3 3U U3 3n n3 33 3tt 而

26、而1 12 2223 3 所以所以U U2 2n n2 2U U1 1/n/n1 1 U U2 2n n2 2U U1 1/n/n1 155V55V 而而U U1 1n n1 12U2U3 3/n/n3 3（U U2 2U U3 3）2n2n1 1U U3 3U U1 1 24400552440055220220 22002200匝匝第30页，此课件共32页哦小结：小结：1.1.变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理2.2.理想变压器的理想化模型及功率传输规律理想变压器的理想化模型及功率传输规律3.3.理想变压器的变压和变流规律理想变压器的变压和变流规律第31页，此课件共32页哦2023/4/12感感谢谢大大家家观观看看第32页，此课件共32页哦