交变电流变压器培训教学PPT.ppt

第五章交变电流 第四节变压器 1 产生感应电动势的条件 3 什么是互感现象 2 法拉第电磁感应定律 课前提问 而日常照明电路的电压是220v 我们如何使各种用电器在不同的额定工作电压下能够正常工作呢 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 变压器 变压器就是改变交流电压的设备 送电过程 在输电过程中 电压必须进行调整 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 由涂有绝缘漆的硅钢薄片叠合而成 用绝缘线绕成的线圈 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 互感现象 变压器只能改变交流电的电压和电流 思考 若给原线圈接直流电压u1 副线圈电压u2 思考 原 副线圈电压与什么因素有关系 三 变压器的变压规律 实验 探究变压器线圈两端电压与匝数的关系 猜想 交流电压 原线圈匝数 副线圈匝数 方法 控制变量法 动手动脑学物理 1 保持原线圈匝数不变 改变副线圈的匝数 研究其对副线圈电压的影响 实验思路 2 保持副线圈匝数不变 改变原线圈的匝数 研究其对副线圈电压的影响 思考 1 实际的变压器在运行时 哪些地方有能量损耗呢 2 为什么铁芯是闭合的 在变压器通过交变磁场传输电能的过程中 闭合铁芯起什么作用 动脑学物理 分析 若无铁芯或铁芯不闭合 原线圈中的磁通量只有一小部分贯穿副线圏 大部分漏失在外 有了闭合铁芯 由于铁芯被磁化 绝大部分磁通量集中在铁芯内部 贯穿副线圈 大大增强了变压器传输电能的作用 变压器中能量转换的过程是 电能 磁能 电能 铁芯起到了能量转换的作用 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 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 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 变压器原副线圈的电压跟它们匝数成正比 注意 此公式无论副线圈一端是空载还是有负载 都是适用的 变压器输入电压u1决定输出电压u2 3 当有几组副线圈时 有 1 一台理想变压器原线圈的匝数为4400匝 与220v的电源相连 当副线圈接入额定电压为36v的灯泡时 能够正常发光 则变压器副线圈的匝数为 a 36匝b 72匝c 720匝d 1440匝 c 课堂练习 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 所以理论研究时我们把它的工作效率当成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 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匝数成反比 只适用一个副线圈的变压器 变压器输出功率p2决定输入功率p1变压器输出电流i2决定输入电流i1 1 输入功率等于输出功率 且 输出功率p2决定输入功率p1 3 当有多个副线圈时 功率关系 2 当副线圈为断路时 原线圈输入功率为零 因多个副线圈的电压关系 需注意的几个问题 1 变压器输出电压与输入电压的频率相等 输入电压u1决定输出电压u2 输出电流i2决定输入电流i2 输出功率p2决定输入功率p1 2 当理想变压器原 副线圈的匝数不变时 如果变压器的负载发生变化 确定其他物理量时 依据以下原则 2 一理想变压器 原线圈匝数n1 1100 接在电压220v的交流电源上 当它对11只并联的 36v 60w 的灯泡供电时 灯泡正常发光 由此可知副线圈的匝数n2 通过原线圈的电流i1 180 3a 课堂练习 课堂练习 3 变压器线圈中的电流越大 所用的导线应当越粗 街头见到的变压器是降压变压器 假设它只有一个原线圈和一个副线圈 哪个线圈应该使用较粗的导线 为什么 副线圈的匝数少 电流大 为减小副线圈的电能损耗 副线圈导线应该较粗 原线圈匝数大 电流小 可用较细的导线 一 变压器的构造1 示意图2 符号 二 变压器的工作原理 1 互感现象 变压器只能改变交流电的电压和电流2 能量转化 电能 磁场能 电能3 理想变压器 三 理想变压器的变压 变流规律 5 4变压器小结 p入 p出 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 例2 变压器原线圈和副线圈的匝数比为10 3 副线圈的负载电阻为10 消耗的电功率为3 6w 则 原线圈的电压为多少 电流为多少 例3 如图所示的实验电路 其中n2 1600匝 n1 400匝 1 当开关闭合增加时 各电流表和电压表的读数如何变化 并思考为什么 2 开关均闭合 将副线圈的匝数改为200匝 灯的亮度如何变化 为什么 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 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 变压器的输入功率是由输出功率决定的 负载制约 1 理想变压器原 副线圈的匝数比n1 n2 4 1 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a1的示数12ma 则电流表a2的示数为 a 3mab 0c 48mad 与负载r的值有关 b 巩固练习 变形 如果要获得从a到b的电流 棒要如何运动 a b 2 汽油机做功冲程开始时 汽缸中的汽油 空气混合物要靠火花塞点燃 但是汽车蓄电池的电压只有12v 不能在火花塞中产生火花 所以要使用图示的点火装置 这个装置的核心是一个变压器 它的初级线圈通过开关连到蓄电池上 次级线圈接到火花塞的两端 开关由机械进行自动控制 做功冲程开始时 开关由闭合变为断开 次级线圈中感应出很高的电压 可达10000v以上 这样就能在火花塞中产生火花了 蓄电池提供的是直流 为什么在这里也能用变压器得到高电压 三 几种常见的变压器 1 自耦变压器 自耦变压器的原副线圈共用一个线圈 有3个接头 能调节电压 可升压 也可降压 2 调压变压器 属于自耦变压器 能连续调节电压 属于自耦变压器 能连续调节电压 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 3 互感器 电压互感器 电流互感器 u1 u2 i1 i2 n1 n2 i1 i2 原理 测u2 根据求出u1 原线圈并联在交流电路中 原线圈串联在交流电路中 原理 测u2 根据求出u1 u1 u2 n1 n2 bc 变式训练1如图所示 在铁芯上 下分别绕有匝数n1 800和n2 200的两个线圈 上线圈两端与u 51sin314tv的交流电源相连 将下线圈两端接交流电压表 则交流电压表的读数可能是 a 2 0vb 9 0vc 12 7vd 144 0v 图5 4 4 a 如图所示 一台有两个副线圈的变压器 原线圈匝数n1 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 答案 1 30匝550匝 2 0 36a c 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如图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 a 二 变压器的工作原理 互感现象 强调 原 副线圈之间是通过交变磁场相互联系的 且穿过它们的磁通量始终相等 从能量的角度看 显然变压器不能产生电能 只是通过交变磁场传输电能 思考 若给原线圈接直流电压u1 副线圈电压u2情况怎样 u2 0 问题1 原 副线圈不套在闭合铁芯上 是否仍然存在互感现象 问题2 为什么说闭合铁芯是变压器的必要组成部分 铁芯的作用是什么 仍存在 如果无铁芯 原副线圈所激发的交变磁场的磁感线只有一小部分穿过对方 漏失的磁感线不会在原副线圈中传送电能 如有铁芯 由于铁芯被磁化 绝大部分磁感线集中在铁芯内部 大大提高了变压器的效率 练习1 理想变压器原 副线圈的匝数比n1 n2 4 1 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a1的示数为12ma 则电流表a2的示数为 a 3mab 0c 48mad 与负载r的值有关 b u1 变压器输入输出电压 电流 功率大小之间的因果关系 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 n2 n1 i2 练 如图所示 理想变压器的交流输入电压u1 220v 有两组副线圈 其中n2 36匝 标有 6v 9w 12v 12w 的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光 求 1 原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数n3 2 原线圈的电流i1 1 n2 1320匝n3 72匝 2 i1 0 095a 例 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n1 n2 2 1 在不接负载的情况下 则 a 当线圈1输入电压为220v时 线圈2输出电压为110vb 当线圈1输入电压为220v时 线圈2输出电压为55vc 当线圈2输入电压为110v时 线圈1输出电压为220vd 当线圈2输入电压为110v时 线圈1输出电压为110v bd 练习 一理想变压器如图所示 在n1两端接交流电u1 220v n1为4400匝 n2为1100匝 若要使u3 u2 求n3 n3 2200匝 练习 如图所示 一理想变压器原 副线圈的匝数比为n1 n2 3 1 有四只相同的灯泡连入电路中 若灯泡l2 l3 l4均能正常发光 则灯泡l1 a 也能正常发光b 较另三个灯暗些c