人教版选修11 变压器 第1课时 学案.docx

3.4变压器学习目标：1知道变压器的基本构造2理解变压器的工作原理3学会用变压器原、副线圈的电压与两线圈匝数的关系解决问题会分析变压器的动态变化问题，掌握解答此类问题的思路4知道常见的变压器的类型及它们的应用重点：学会用变压器原、副线圈的电压与两线圈匝数的关系解决问题难点：理解变压器的工作原理，理解自耦变压器和互感器的原理。预习新知：一、变压器的结构1结构如图341中的实物是示教变压器，它像各种变压器一样，主要由铁芯和绕在铁芯上的线圈(也叫绕组)两部分组成，铁芯由硅钢片叠合而成，线圈由漆包线绕成图341工作时，变压器的一个线圈跟前一级电路连接，叫做原线圈，也叫初级线圈(初级绕组)；另一个线圈跟下一级电路连接，叫做副线圈，也叫次级线圈(次级绕组)2作用能改变交变电流的电压，不改变交变电流的周期和频率3常用符号如图342甲所示，是由闭合铁芯和绕在铁芯上的原、副线圈构成图342乙是变压器的符号甲 乙图342二、变压器为什么能改变电压1电磁感应现象是变压器的工作基础当原线圈通过电流时，铁芯中产生磁场，由于交变电流的大小和方向都在不断变化，铁芯中磁场的强弱和方向也都在不断变化，通过铁芯副线圈中的磁场也在不断变化，于是副线圈内产生了感应电动势2线圈的各匝导线之间是相互串联的，每匝的感应电动势加在一起，就是整个线圈的感应电动势因此，在同一个铁芯上，哪个线圈的匝数多，哪个线圈的电压就高例1下面可以将电压升高供给家用电灯的变压器是()答案：c电压升高，原线圈的匝数要少于副线圈的匝数，要接交流电，接直流电时变压器不工作，故c正确针对训练：(多选)如图343所示为变压器的示意图，它被用来升高发电机的输出电压，下列说法中正确的是()图343a图中m是闭合的铁芯b发电机应与线圈相连，升高后的电压由c、d两端输出c电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈d变压器是根据电磁感应原理工作的答案：ad由题设知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故为输入端即接发电机，为输出端，选项b错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁场能再在副线圈中变成电能，所以c项错故选a、d.理想变压器及其工作原理1.理想变压器的特点(1)变压器变压时不计能量损失，即输入功率等于输出功率(2)原、副线圈不计内阻因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此，理想变压器的输入功率等于输出功率，一般实际变压器都可以看成是理想变压器2变压器的工作原理电磁感应现象当交变电流通过原线圈时，由于电流的大小和方向在不断改变，所以铁芯中的磁场也在不断变化，这样变化的磁场就在副线圈中产生感应电动势，由于原、副线圈匝数不同，所以副线圈中输出的电压与原线圈中的电压不同，这样就达到了改变交流电压的目的针对训练1如图344所示，变压器原、副线圈匝数比为12，则副线圈中电压表读数为()图344a0 vb2 vc4 v d8 va由于原线圈接的是直流电源，所以通过副线圈的磁场不变，因此副线圈中电压表读数为0，选项a正确理想变压器的规律1.理想变压器原、副线圈基本量的关系基本关系功率关系p入p出电压关系，与负载、副线圈的多少无关频率关系f1f2(变压器不改变交流电的频率)因果关系(n1和n2不变时)(1)由u2u1可知u1决定u2，即原线圈两端电压决定副线圈两端的电压(2)由p入p出可知输出功率决定输入功率，功率按需分配2.变压器的种类(1)升压变压器：n2n1时，u2u1，变压器使电压升高，这种变压器叫升压变压器(2)降压变压器：n2n1时，u2u1，变压器使电压降低，这种变压器叫降压变压器例2：如图345所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 v60 w”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()图345a电流表的示数为 ab电源输出功率为1 200 wc电流表的示数为 ad原线圈端电压为11 v【解析】由灯泡正常发光可知，副线圈电压为220 v，由可知，原线圈电压u120220 v4 400 v，选项d错误；又因输入功率等于输出功率，p1p260 w，故选项b错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流i1 a a，故选项a错误，选项c正确【答案】c注意事项(1)变压器能改变交流电的电压、电流，不能改变周期、频率.(2)变压器遵守能量守恒定律：p入p出.理想变压器的动态变化问题1变压器的动态电路分析一是要符合变压器的基本规律(电压、电流、功率关系)；二是要遵循欧姆定律首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判断，具体问题具体分析2需要注意的几点(1)负载增多，不等于电阻变大并联的负载增多对应用电器增多，消耗功率增大，其总电阻减小(2)负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断：先要由判断u2是否变化，再根据u2及负载电阻变大或变小的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流i2的变化情况，最后再由p入p出判断原线圈中电流的变化情况3动态问题的分析思路可表示为例3：理想变压器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头q调节，在副线圈输出端连接了定值电阻r0和滑动变阻器r，在原线圈上加一电压为u的交流电，如图1所示下列情况可能出现的是()图1a若q位置不变，将p向上滑动，u变大b若q位置不变，将p向上滑动，电流表的读数变大c若p位置不变，将q向上滑动，电流表的读数变大d若p位置不变，将q向上滑动，变压器的输入功率不变【解析】当理想变压器的输入电压u，以及原、副线圈的匝数比不变时，副线圈两端的电压也不变，a项错误；由p出知r增大时，输出功率减小，又由p入p出得原线圈中的电流表读数要减小，b项错误；q向上滑动时，u增大，而负载电阻不变，则输出功率要增大，即输入功率也要增大，原线圈中的电流就要增大，c项正确，d项错误【答案】c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.针对训练1如图2所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使()图2a原线圈匝数n1增加b副线圈匝数n2减少c负载电阻r的阻值增大d负载电阻r的阻值减小【解析】由，p出可得p出，又因为p入p出，所以p入，分析可得选项d正确【答案】d几种特殊的变压器1自耦变压器图3甲所示是自耦变压器的示意图这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压图3调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示线圈ab绕在一个圆环形的铁芯上，ab之间加上输入电压u1，移动滑动触头p的位置就可以调节输出电压u2.2互感器电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在待测高流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的关系式i1n1i2n2(1)电压互感器是降压变压器，据，知n1n2.电流互感器是升压变压器，据，知n1n2.(2)区分电压互感器与电流互感器的三个标志测量仪器不同，前者后者；原副线圈匝数关系不同；原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上(3)使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地例4：如图4所示，l1和l2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，图中电压表示数为220 v，电流表示数为10 a，则高压输电线的送电功率为()图4a2.2103 wb2.2102 wc2.2108 w d2.2104 w【解析】根据题图甲可得，高压输电线的送电电压uu甲220 kv；根据题图乙可得，送电电流ii乙1 000 a；所以高压输电线的送电功率pui220 kv1 000 a2.2108 w，c正确【答案】c例5：调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图5甲所示线圈ab绕在一个圆环形的铁芯上，c、d之间输入交变电压，转动滑动触头p就可以调节输出电压图甲中两电表均为理想交流电表，r1、r2为定值电阻，r3为滑动变阻器现在c、d两端输入图乙所示正弦式交流电，变压器视为理想变压器，那么()图5a由乙图可知c、d两端输入交流电压u的表达式为u36sin 100t(v)b当滑动触头p逆时针转动时，m、n之间输出交流电压的频率变大c当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数也变大d当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电阻r2消耗的电功率变小【解析】由题图乙可知u36sin 100t(v)，a错误；m、n之间输出交流电压的频率由输入交流电压的频率决定，b错误；滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，r3减小，由“串反并同”可知电压表读数减小，电流表读数增大，r2消耗的电功率p2减小，c错误，d正确【答案】d区别电压互感器和电流互感器的方法针对训练2普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图6中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为icd，为了使电流表能正常工作，则()图6aab接mn、cd接pq，iabicdcab接pq、cd接mn，iabicd【解析】电流互感器ab一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少，根据电流关系得i1n1i2n2，所以iabicd，电流表应接在电流较小的一侧，故选项b正确【答案】b有多个副线圈的变压器副线圈有多个时，电压比等于匝数比仍然成立，电流比不再与匝数比成反比，而要用原、副线圈功率相等去推导若原线圈中有用电器时，不要把电源电压与原线圈电压搞混，错误利用电源电压去寻找比例关系；而要把原线圈所在电路当做一回路处理，原线圈相当于一非纯电阻用电器，其两端电压与副线圈电压的比值等于匝数比例5：如图7所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000，两个副线圈的匝数分别为n250和n3100，l1是“6 v2 w”的小灯泡，l2是“12 v4 w”的小灯泡当原线圈接上交变电压时，l1、l2都正常发光，那么，原线圈中的电流为()a. ab. ac. a d. a图7【解析】对多个副线圈，其电压关系有：，由于输入功率和输出功率相等，有n1i1n2i2n3i3.两灯正常发光，对l1必有u26 v，i2 a，对l2有u312 v，i3 a原线圈上电压u1u26 v120 v，副线圈上总的输出功率p出pl1pl22 w4 w6 w，原线圈上输入功率p入p出6 w原线圈中的电流i1 a a，故选项c正确【答案】c理想变压器的电压关系，对于一个或多个副线圈均适用，而电流关系，适用于只有一个副线圈的变压器.处理含有多个副线圈的变压器问题时，首选p入p出，从输出端的p出打开突破口.针对训练3如图8所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1n2n3为()图8a111b321c621 d221【解析】灯泡正常发光，可得uaubucud，所以u22u3.由变压器的电压比，所以n22n3.同理，灯泡正常发光，功率相等，即papbpcpd.由pi2r，得iaibicid，即i1i2i3.由u1i1u2i2u3i3得n1i1n2i2n3i3，即n1n2n32n3n33n3，所以n1n2n3321，故b正确【答案】b作业：1(多选)电流互感器和电压互感器如图9所示，其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数，a、b为两只交流电表，则()图9aa为电流互感器，且n1n2, a是电流表ba为电压互感器，且n1n2, a是电压表cb为电流互感器，且n3n4，b是电流表db为电压互感器，且n3n4，b是电压表【解析】由题图可知a为电流互感器，b为电压互感器，因此a是电流表，b是电压表，在a中，有i1n1i2n2，要把大电流变为小电流，有n2n1；在b中，有，要把高电压变成低电压，则有n3n4，综上可知，a、d正确【答案】ad2自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分一升压式自耦调压变压器的电路如图10所示，其副线圈匝数可调已知变压器线圈总匝数为1 900 匝；原线圈为1 100匝，接在有效值为220 v的交流电源上当变压器输出电压调至最大时，负载r上的功率为2.0 kw.设此时原线圈中电流有效值为i1，负载两端电压的有效值为u2，且变压器是理想变压器，则u2和i1分别约为()a380 v和5.3 ab380 v和9.1 ac240 v和5.3 a d240 v和9.1 a图10【解析】对理想变压器，原、副线圈功率相同，故通过原线圈的电流i1 a9.1 a，负载两端电压即为副线圈电压，由，即，可得u2380 v，故b正确【答案】b3如图11所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡l1和l2，输电线的等效电阻为r.开始时，开关s断开当开关s接通时，以下说法中不正确的是()图11a副线圈两端m、n的输出电压减小b副线圈输电线等效电阻r上的电压增大c通过灯泡l1的电流减小d原线圈中的电流增大【解析】由于输入电压不变，所以当s接通时，理想变压器副线圈m、n两端输出电压不变并联灯泡l2，总电阻变小，由欧姆定律i2知，流过r的电流增大，电压urir增大副线圈输出电流增大，根据输入功率等于输出功率i1u1i2u2得，i2增大，原线圈输入电流i1也增大umn不变，ur变大，所以ul1变小，流过灯泡l1的电流减小，故b、c、d正确，a错误【答案】a