高中物理选修3-2：《变压器》PPT课件

1、 5.45.4变压器变压器 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，那么如何使这些额定电压不是使这些额定电压不是220V220V的电器设备正常工作的的电器设备正常工作的呢？呢？ 变压器就是改变交流电压的设备变压器就是改变交流电压的设备几种常见的变压器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 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（绝缘硅钢片叠合而成）片叠合而成）（2 2）原线圈（初级线圈）：）原线圈（初级线圈）：跟电源相连，用绝缘线绕成跟电源相连，用绝缘

2、线绕成的的,其匝数用其匝数用n n1 1表示表示（3 3）副线圈（次级线圈）：）副线圈（次级线圈）：副线圈（次级线圈）：副线圈（次级线圈）：跟负跟负载相连，用绝缘线绕成的载相连，用绝缘线绕成的,其其匝数用匝数用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。3.3.电路图中符号电路图中符号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

3、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，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 U1U2 n1n2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

4、直流电压，直流电压，U副线圈电压副线圈电压U U2 2 =？ 如果在能量转化的过程中能量损失很小，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能量损失，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。压器。这是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当成，所

5、以理论研究时我们把它当成100%（理（理想变压器）是没有问题的。想变压器）是没有问题的。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。 V1V2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I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电原、副线圈中产生的感应电动势分别是：动势分别是：原线圈回路有：原线圈回路有：E E1 1=U=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

6、=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：2121nnUUtnE22tnE11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 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 -降压变压器降压变压器2121nnUU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

7、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121221nnUUII2.2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比数成反比变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。线绕制。 这也是判定高压线圈和低压线这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。圈的一种方法。此公式只适用于一个副线圈的变压器1221nnIIU U1

8、 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R输入输出电压、电流、功率大小之间的因输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系果关系 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； 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； 2121InnI1122UnnU【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，当导体棒在匀

9、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，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过。 【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，副匝，副线圈线圈440440匝，并接

10、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直流电源电源上时，电直流电源电源上时，电压表示数为压表示数为_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.00440.4419.36U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2

11、2I I2 2=n n2 2n n1 1I I1 1I I2 218018011 116060110011003636=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

12、I1 1 =_ =_。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：理想变压器的原线圈如图所示：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。接高电压，变压后接用电器，线路电阻不计。S S原来闭合，且原来闭合，且R R1 1=R=R2 2，现将现将S S断开，那么交流断

13、开，那么交流电压表的示数电压表的示数U U、交流电流表的示数、交流电流表的示数I I 和用电和用电器上器上R R1 1的功率的功率P PR R1 1将分别（将分别（ ） D D 思考：变压器输入输思考：变压器输入输出电压、电流、功率大出电压、电流、功率大小之间的因果关系小之间的因果关系 是是怎样的？怎样的？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2.2.互感器互感

14、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漏电保护开关，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线圈为什么线圈为什么会产生感应电流？会

15、产生感应电流？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、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

16、）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，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

17、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

18、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，根据变压器的工作原理可得：原理可得： 11221UnUn 11332UnUn12由（ ）（ ）式得：2233U(3)UnnPP入出根据得112233I UI UI U -4（ ）134将（ ）（ ）式代入（ ）式得3112223222I UnnI UI Unn1 12233I 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，两个副线圈的匝数分别是匝，两个副

19、线圈的匝数分别是n n2 26060匝，匝，n n3 3600600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 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 3I I1 1（I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3）n n1 1（1 160604 4600600）110011002.24A2.24A例例6、如图所示：理想变压器的交流输入电压、如图所示：理想变

20、压器的交流输入电压U1=220V，有两组副，有两组副线圈，其中线圈，其中n2=36匝，标有匝，标有“6V，9W”、“12V，12W”的灯泡分的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：别接在两副线圈上均正常发光，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。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根据原、副线圈电压与匝数的关系，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

21、，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上如图所示，理想变压器的原线圈接上220V220V交流交流电压，副线圈有电压，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组接规格组接规格为为“10V24W”10V24W”的灯泡。已知的灯泡。已知A A组的线圈匝数为组的线圈匝数为3030匝，两端匝，两端电压为电压为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。12122

22、203011006U nnU匝2222U6P9WR4223311I UI U924I0.15AU220【例【例7 7】在绕制变压器时，某学生误将两个线圈绕在】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一半通过中部的臂，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220V2

23、20V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 解析：当线圈解析：当线圈1 1接接220V220V的交流电压时，设穿过线圈的交流电压时，设穿过线圈1 1的磁通量为的磁通量为，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