变压器基础知识学习培训资料PPTppt

1、四、变压器 照明灯电压照明灯电压-220伏伏 机床上照明灯机床上照明灯-36伏伏 半导体收音机电源电压不超过半导体收音机电源电压不超过10伏伏 大型发电机交流电压大型发电机交流电压-几万伏几万伏 远距离输电远距离输电-几十万伏几十万伏 电视机显像管却需要电视机显像管却需要10000v以上电压以上电压 交流便于改变电压，以适应各种不同的需要交流便于改变电压，以适应各种不同的需要 变压器就是改变变压器就是改变交流交流电压的设备电压的设备 几种常见的变压器 一、变压器的构造一、变压器的构造 1. 1.示意图示意图 u1 u2 n1n2 原原 线线 圈圈 副副 线线 圈圈 铁铁 芯芯 2.2.构造：构

2、造：（ （1 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （绝缘（绝缘 硅钢片叠合而成）硅钢片叠合而成） （2 2）原线圈（初级线）原线圈（初级线 圈）：其匝数用圈）：其匝数用n n1 1表示表示 （3 3）副线圈（次级线）副线圈（次级线 圈）：其匝数用圈）：其匝数用n n2 2表示表示 （4 4）输入电压：）输入电压：u u1 1; ; 输出电压：输出电压：u u2 2. . 3.3.电路图中符号电路图中符号 n1 n2 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，那么在给原线变压器原副线圈不相通，那么在给原线 圈接圈接交变电压交变电压u u1 1后，

3、副线圈电压后，副线圈电压u u2 2是怎是怎 样产生的？样产生的？ 铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘 u1 u2 n1n2 二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 -互感现象互感现象 变压器通过闭合铁变压器通过闭合铁 芯，利用互感现象实芯，利用互感现象实 现了电能（现了电能（u u1 1、i i1 1） 到磁场能（变化的磁到磁场能（变化的磁 场）再到电能（场）再到电能（ u u2 2、 i i2 2）转化。）转化。 原原 线线 圈圈 副副 线线 圈圈 铁芯铁芯 u1 u2 n1n2 互感现象：在原副线圈中由于有互感现象：在原副线圈中由于有交变电交变电 流流而发生的互相感应现象。而发生的互

4、相感应现象。 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 ？ 闭合铁芯实现了电能闭合铁芯实现了电能-磁场能磁场能-电能的转换，电能的转换， 由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝 大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失 很小，为了便于研究，物理学中引入了一种很小，为了便于研究，物理学中引入了一种 理想化模型理想化模型-理想变压器理想变压器。 下面我们定下面我们定 量分析理想量分析理想 变压器的变变压器的变 压规律。压规律。 无磁损无磁损 无铜损无铜损 无铁损无铁损 理理 想想 变变

5、压压 器器 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12345 u1 u2 v1 v2 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 三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律 i1i2 n1n2 u1u2 原、副线圈中产生的感应原、副线圈中产生的感应 电动势分别是：电动势分别是： e e1 1=n=n1 1/ / t t e e2 2=n=n2 2/ / t t e1 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

6、圈回路有：副线圈回路有： e e2 2=u u2 2 +i+i2 2r r2 2 u u2 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 2 u 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/

7、u2 2= n= n1 1/n/n2 2 四、理想变压器的电流规律四、理想变压器的电流规律 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 2 i i 1 1/ / i 2 2= u= u2 2 / u u1 1= n = n2 2 / n n1 1 p出 出= p入入 u u1 1 i i1 1 i i2 2 n n1 1 n n2 2u u2 2r r 输入输出电压、电流、功率大小之间的因输入输出电压、电流、功率大小之间的因 果关

8、系果关系 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； p1p2 2.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/n1u1 4.i2由由u2和负载决定；和负载决定； i2u2r 5.i1由由i2和匝数比决定；和匝数比决定； i1n2/n1i2 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 理想变压器的规律理想变压器的规律 u u1 1i i1 1=u=u2 2i i2 2p出 出= p入入 u1/u

9、2= n1/n2 i i 1 1/ / i 2 2= n= n2 2 / n n1 1 此公式只适用于一个副线圈的变压器 【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 2 4 4：1 1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线，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，图中电流表运动切割磁感线时，图中电流表a a1 1的示数的示数12ma12ma， 则电流表则电流表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 的值有关的值有关 【例【例2 2】一理想变压器，其原

10、线圈】一理想变压器，其原线圈22002200匝，副匝，副 线圈线圈440440匝，并接一个匝，并接一个100100的负载电阻，如图的负载电阻，如图 所示。所示。 （1 1）当原线圈接在）当原线圈接在44v44v直流电源上时，电压表直流电源上时，电压表 示数为示数为_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，电压交变电源上时，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, 此时输入功率为此时输入功率为_w._w. 00 440.44 19.36 i1i2 n1n2 u1u2 a v u u1 1 u

11、u2 2 = n n1 1 n n2 2 220220 3636 = 11001100 n n2 2 n n2 2=180180 180 u u2 2 p p2 2 i i2 2= n n2 2 n n1 1 i i1 1i i2 2 18018011 116060 110011003636 = 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， 接在电压接在电压220v220v的交流电源上，当它对的交流电源上，当它对11 11只并只并

12、联的联的“36v36v，60w”60w”的灯泡供电时，灯泡正的灯泡供电时，灯泡正 常发光。由此可知副线圈的匝数常发光。由此可知副线圈的匝数n n2 2=_=_， 通过原线圈的电流通过原线圈的电流 i i1 1 =_ =_。 练习练习2、如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝、如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝 数比为数比为n1：n2=3：1，有四只相同的灯泡连入电路，有四只相同的灯泡连入电路 中，若灯泡中，若灯泡l2、l3、l4均能正常发光，则灯泡均能正常发光，则灯泡l1 （ ） a、也能正常发光、也能正常发光 b、较另三个灯暗些、较另三个灯暗些 c、将会烧坏、将会烧坏 d、不能确定、不能确定

13、 1 n2 n1 l3 l4 l1 u1 l2 a 例例3.3.钳形电流表的外形和结构如图（钳形电流表的外形和结构如图（a a）所示。图）所示。图 （a a）中电流表的读数为）中电流表的读数为1.2a 1.2a 。图（。图（b b）中用同）中用同 一电缆线绕了一电缆线绕了3 3匝，则匝，则 a.a.这种电流表能测直流电流，图（这种电流表能测直流电流，图（b b）的读数为）的读数为 2.4a2.4a b.b.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数为 0.4a0.4a c.c.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数

14、为 3.6a3.6a d.d.这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流， 图图 （b b）的读数为）的读数为3.6a 3.6a 图（图（a） a 铁铁 芯芯 图（图（b） 几种常用变压器几种常用变压器 1. 1.自耦变压器自耦变压器 u2u1 a b p u1 u2 n1 n2 升压变压器升压变压器 n1 n2 u1 u2 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 例例4.4.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一为了保证用电安全，家庭居

15、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，原线圈是没有电流的，原 因是什么？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线线 圈为什么会产生感应电流？圈为什么会产生感应电流？ 0 解析解析 发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结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，其铁芯的构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的a a侧有两个形侧有两个形 状

16、、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线状、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），它们分别将用电器和火线、零线串联和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联 起来，起来，220v220v交变电流在交变电流在mnomno、grkgrk与发电厂之间流与发电厂之间流 过；铁芯的过；铁芯的b b侧有另一个线圈与电磁继电器侧有另一个线圈与电磁继电器j j的线圈的线圈 （图中未画出）并联，室内电路正常工作时，（图中未画出）并联，室内电路正常工作时，b b线圈没线圈没 有电流，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线圈便会产生线圈便会产生 感应电流，

17、推动电磁继电器感应电流，推动电磁继电器j j切断用电器的电路，从而切断用电器的电路，从而 防止事故的发生防止事故的发生 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，它们产生的磁场相线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相 互抵消，互抵消，b b侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产 生感应电流生感应电流 （2 2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发 电厂，电厂，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

18、电流剩余电流” 在铁芯中产生变化的在铁芯中产生变化的“剩余磁通剩余磁通”，b b侧线圈中磁通侧线圈中磁通 量发生变化，线圈中产生感应电流量发生变化，线圈中产生感应电流 练习练习3.3.（19991999全国卷）如图是全国卷）如图是4 4种亮度可调的台灯的种亮度可调的台灯的 电路的示意图，它们所用的灯泡相同，且都是电路的示意图，它们所用的灯泡相同，且都是“220v 220v 40w”40w”，当灯泡消耗的功率都调至，当灯泡消耗的功率都调至20w20w时，哪种台灯时，哪种台灯 消耗的功率最小？消耗的功率最小？ 解析解析 理想变压器的输入功率等于输出功率，在变压理想变压器的输入功率等于输出功率，在变

19、压 器上是没有功率损失的，所以含有变压器的台灯消耗器上是没有功率损失的，所以含有变压器的台灯消耗 功率就等于灯泡消耗的功率而其余三种电路中有另功率就等于灯泡消耗的功率而其余三种电路中有另 外的变阻器，除灯泡消耗功率外，在变阻器上有额外外的变阻器，除灯泡消耗功率外，在变阻器上有额外 的功率损失的功率损失 答案答案 cc 2.有多个副线圈的理想变压器有多个副线圈的理想变压器 一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原 线圈匝数为线圈匝数为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

20、 1、u u2 2和和u u3 3，相应的电流分别，相应的电流分别 为为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： 11 22 1 un un 11 33 2 un un 12由（ ）（ ）式得： 22 33 u (3) u n n pp 入出 根据得 112233 i ui ui u -4（ ） 134将（ ）（ ）式代入（ ）式得 31 122232 22 i u nn i ui u nn 1 12233 i ni ni n 【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，两个副线圈

21、的匝数分别是匝，两个副线圈的匝数分别是n n2 26060匝，匝，n n3 3 600600匝。若通过两个副线圈中的电流分别为匝。若通过两个副线圈中的电流分别为i i2 2 1a1a，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，输入功率与输解析：对于理想变压器，输入功率与输 出功率相等，则有出功率相等，则有i i1 1n n1 1i i2 2n n2 2i i3 3n n3 3 i i1 1（i i2 2n n2 2i i3 3n n3 3）n n1 1（1 160604 4600600） 110011002.24a2.24a 例例 6 、 如 图 所

22、示 ： 理 想 变 压 器 的 交 流 输 入 电 压、 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，有两组副线圈，其中n2=36匝，标有匝，标有 “6v，9w”、“12v，12w”的灯泡分别接在两副线的灯泡分别接在两副线 圈上均正常发光，求：圈上均正常发光，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。 n3 n2 n1 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 根据原、副线圈电压与匝数的关系

23、，有：根据原、副线圈电压与匝数的关系，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 练习练习4 4如图所示，理想变压器的原线圈接如图所示，理想变压器的原线圈接 上上220v220v交流电压，副线圈有交流电压，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。的灯泡。 已知已知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。 12 1 2 22030 1100 6 u n n u 匝 22 2 2 u6 p9w r4 2233 1 1 i ui u924 i0.15a u220 【例【例7 7】在绕制变压器时，某学生误将两个线圈绕】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时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一 个线圈