(完整版)高二物理变压器

1、变压器、远距离输电知识回顾】 一、变压器 1定义：用来改变交流电压的设备，称为变压器 说明： 变压器不仅能改变交变电流的电压， 也能改变交变电流的电流， 但是不能改变恒定电 流2构造：变压器由一个闭合铁芯 （是由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成的） 和两个线圈 （用绝缘导线绕 制）组成的原线圈：和交流电源相连接的线圈（匝数为n1）副线圈：和负载相连接的线圈（匝数为n2）许多情况副线圈不只一个二、理想变压器1理想变压器是一种理想模型 理想变压器是实际变压器的近似 理想变压器有三个 特 点：（1）铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量 都一样每匝线圈中所产生感应电动势相等（2）线圈

2、绕组的电阻不计，无能损现象（3）铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象说明： 大型变压器能量损失都很小， 可看作理想变压器， 本章研究的变压器可当作理想变压 器处理2理想变压器的变压原理 变压器工作的原理是互感现象， 互感现象即是变压器变压的成因 当变压器原线圈上加上交 变电压， 原线圈中就有交变电流， 它在铁芯中产生交变的磁通量， 这个交变磁通量既穿过原 线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势如果副线圈电路是闭合的，在 副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁通量这个交变磁通量既穿过副线圈， 也穿过原线圈， 在原、副线圈中同样要引起感应电动势 在原、副线圈中由于有交变电

3、流而 发生的互相感应现象，叫做互感现象在变压器工作时，由于原、副线圈使用同一个铁芯，因而穿过原、副线圈（每匝）的磁通量 及磁通量的变化率均相同，在原、副线圈产生的感应电动势与它们的匝数成正比 3能量转换：变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置4理想变压器的基本关系1）输出功率等于输入功率 P出P 入，U1I1U2I22）原副线圈两端的电压跟匝数成正比，U 1 n1U 2 n2I13）原副线圈中的电流跟匝数成反比（仅限一个副线圈），I2n2n14）原副线圈的交变电流的周期T 和频率 f 相同5理想变压器的三个决定关系（1）理想变压器输出功率决定输入功率当副线圈空载时，变压器的输出功

4、率为零，输入功率也为零，并且输入功率随着负载的变化而变化若同时有多组副线圈工作，则U1I1 U2I2U3I3 UnIn 成立（2）理想变压器副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数比所决定无论副线圈是否有负U1 U 2 U 3 载，是单组还是多组，每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足n1 n2 n3 （3）理想变压器副线圈中的电流决定原线圈中的电流原线圈中的电流随副线圈中电流的 增大而增大， 当有几组副线圈时， 原、副线圈中的电流关系为 n1I1n2I2n3I3 ，其中 n2、 n3为工作的副线圈的匝数说明：（1）理想变压器工作时，若增加负载，相当于负载电阻减小，从而副线圈中的电流增 大，此时

5、原线圈中电流也增大； 若减少负载， 相当于负载电阻增大，从而副线圈中的电流减 小，此时原线圈中的电流减小； 若副线圈空载时， 副线圈中的电流为零，那么原线圈中的电 流也为零（2）原副线圈如果分别采用双线绕制，使原副线圈都是由两个线圈组合而成，当电流通过 时，要根据在线圈中形成的磁通量方向确定其等效匝数（3）接在原、副线圈回路中的电表均视为理想电表，其内阻的影响忽略不计三、几种常用的变压器1自耦变压器（1）自耦变压器的示意图如图所示2）特点：铁芯上只绕有一个线圈（3）用途：可升高电压，也可降低电压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（图甲） ；如果把线圈的一部分作原线

6、圈，整个线圈作副线圈，就可 以升高电压（图乙） 2调压变压器（1）构造：线圈 AB 绕在一个圆环形的铁芯上，如图所示2）变压方法： 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 U23互感器（1）用途：把高电压变成低电压，或把大电流变成小电流（2）分类：电压互感器如图所示， 用来把高电压变成低电压 它的原线圈并联在高压电路中， 副线圈上接入交流电 压表根据电压表测得的电压U2 和铭牌上注明的变压比（ U 1/U2），可以算出高压电路中的电压为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地电流互感器如图所示， 用来把大电流变成小电流 它的原线圈串联在被测电路中， 副线圈

7、上接入交流电 流表根据电流表测得的电流 I2 和铭牌上注明的变流比 （I1/I2）可以算出被测电路中的电流 如 果被测电路是高压电路，为了工作安全，同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地四、远距离输电减小功率损失的方法：1减小输电线电阻选用电阻率较小的铜线或铝线增大导线的横截面积2减小输电导线中的电流。【同步测试】选择题1 .如图 1 所示，变压器输入交变电压 U 一定， 两 个副线圈的匝数为 n2 和 n3，把一电阻先后接在 a、b 间和 c、 d 间时，安培表的示数分别为 I 和 I '，则 I ：I '为（ ）图图116- 522C . n2 ， n3D . n3 ， n2

8、2 .有一个理想变压器，原线圈1200 匝，副线圈 400匝，现在副线圈上接一个变阻器R，如图 2 所示，则下列说法中正确的是 （ ）A安培表 A1 与 A2的示数之比为 3，1B伏特表 V1与 V2的示数之比为 3，1C当变阻器滑动头向下移动时，原线圈的输入功率将增加D原、副线圈的功率之比为 3， 13如图 3，一理想变压器原副线圈匝数比为4，1，图中五只电灯完全相同，若B、C、D、E 都能正常发光，则A灯（）A一定能正常发光B比正常发光暗C比正常发光亮D一定被烧坏4 . 在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原副线圈匝数分别为 n1=600 ，n2=120，电源电压 U1=220V ，原线

9、圈中串联一个0.2A 的保险丝，为了保证保险丝不被烧坏，则A . 负载功率不超过 44wB . 副线圈电流最大值不能超过 1AC . 副线圈电流有效值不能超过1A D . 副线圈电流有效值不能超过 0.2A5 . 如图 4 所示，一理想变压器的原副线圈分别由双线圈ab图164-8和 cd（匝数都为 n1）、 ef 和 gh（匝数都为 n2）组成，用 I1 和U1 表示输入电流和电压， I2 和 U2 表示输出电流和电压。在下列四种连接法中，符合关系U1/U 2=n1/n2 ， I1/I2=n2/n1 的有A .a 与 c 相连，b与 d相连作为输入端 ; e与 g相连、 f与 h相连作为输出端

10、B . a与 c相连，b 与 d相连作为输入端 ; f 与 g 相连、以 e、h 为输出端C . b与 c相连，以a与d为输入端; f 与g相连，以 e、 h为输出端D . b与c相连，以 a、d为输入端 ; e与g相连、 f与h相连作为输出端、填空题6 .如图 5 所示，理想变压器原、 副线圈匝数比为 4，1， 平行金属导轨与原线圈相连，当导体 ab 在匀强磁场中匀 速运动时，电流表 A1示数为 12mA ，则电流表 A2示数为A1A2vab图1图6- 95mA 。7 . 用 1 万伏高压输送 100 千瓦的电功率，在输电线上损失 2% 的电功率，则输电线的 电阻是 欧姆，如果把输送电压降低

11、一半，则输电线上损失功率将占输送功率的_%。8如图 6 所示，理想变压器和三个定值电阻R1、R2 和R3接在交流电源上， R1=R3，若 R1、R2 和 R3 上的电功率相等，则 R1： R2= ，变压器原、副线圈的匝数比为 .三、 计算题9有一理想变压器在其原线圈上串一熔断电流为I0=1A图16-10图6220V图图176 - 11的保险丝后接到 220V 交流电源上， 副线圈接一可变电阻 R 作 为负载，如图 7 所示，已知原、副线圈的匝数比 n1：n2=5：1， 为了不使保险丝熔断，可变电阻的取值范围如何？10一台理想变压器原、副线圈匝数比为10，1，原线圈接 U=100 2 sin10

12、0 tV 的交变电压，副线圈两端用导线接规格为“6V，12W”的小灯，已知导线总电阻 r=0.5 ，试求：副线圈应接几盏小灯？这些小灯又如何连接才能使这些小灯都正常发光？11、如图 8 所示， 理想变压器铁芯上绕有 A 、B、C 三个线圈， 匝数比为 nAnBnC=4当线圈 A 与交流电源连通时，交流电21，在线圈 B 和 C 的两端各接一个相同的电阻 R，流表 A 2的示数为 I 0，则交流电表 A1 的读数为多少？A1A图16-1 图812、将电阻 R1和R2如图 9甲所示接在变压器上， 变压器原线圈接在电压恒为 U 的交流 电源上， R1和R2上的电功率之比为 2：1，若其它条件不变，

13、只将 R1和 R2改成如图乙接法，R1和 R2上的功率之比为 1：8。若甲图中原线圈电流为 I1，乙图中原线圈电流为 I2 ，求：（ 1）两组副线圈的匝数之比； （2）I1和 I2 之比。I2R1R1R2R2（乙）（甲）【答案与提示】选择题1（ A ）（提示：先求电压比） 2（ B）（ C）3（A）（提示：看电流是否相等） 4（A）（C）5（A）（C）（提示：注意连接后线圈的绕向是相同还是相反） 填空题6 0 （ 提示：原线圈上是恒定电压 ） 7 20 88 1，42，1 （提示： R3功率即输出功率， 应等于输入功率 。因为 PR2 PR3 ，故有原线圈上功率与 R2功率相等，它们电压相同，

14、所以 R2 上电流与原线圈电流相等）计算题9大于 8.8104 盏，并联11、此题如果轻易用电流强度与匝数成反比的关系来解，即 I A nB 得出 I A=0.5I 0就错I B nA 了。应该注意到变压器副线圈有多组， 电流反比关系不成立， 但电压与匝数成正比的关系还 是成立的，应先根据这一关系求出 C 组线圈电压，再根据 R 相等的条件求出 C 组电流，由UCUBnCC 和 Ic nBURc，得IC=0.5I0 .此后利用关系式nA IA=nB nB +nC nC即4IA=2I 0+1 ×0.5I0 得 IA=0.625I012、（1）甲图中 R1和 R2 串联，电流相同，功率与电阻成正比，所以有R1=2R2（1）设三组线圈的匝数分别是 n1 ，n2 ，n3，两组副线圈上的电压分别是 U2和 U3，易得U2= n2 U n1U3= n3 U n1乙图中 R1和 R2上的功率之比为 1 ，