5.4 变压器

变压器用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管几万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管十几万伏但我们国家民用统一供电均为220V，那么如何使这些额定电压不是220V的电器设备正常工作的呢？几种常见的变压器一、变压器的构造1.示意图U1U2∽n1n2∽原线圈副线圈铁芯2.构造：（1）闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成）（2）原线圈（初级线圈）：其匝数用n1表示（3）副线圈（次级线圈）：其匝数用n2表示（4）输入电压：U1;输出电压：U2.3.电路图中符号n1n2问题：变压器副线圈和原线圈电路是不相通的，副线圈是怎么得到电压的？变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？铁芯与线圈互相绝缘U1U2∽n1n2∽二、变压器的工作原理------互感现象变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能（U1、I1）到磁场能（变化的磁场）再到电能（U2、I2）转化。原线圈副线圈铁芯∽U1U2n1n2∽思考：若给原线圈接直流电压U1，副线圈电压U2？U2＝0理想变压器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。无铜损、铁损、磁损三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E1=n1/tE2=n2/t若不考虑原副线圈的内阻有U1=E1U2=E22121nnUU2121nnEE理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数之比n2n1U2U1-----升压变压器n2n1U2U1-----降压变压器2121nnUU四、理想变压器的变流规律1.理想变压器输出功率应等于输入功率即:U1I1=U2I2P出=P入121221nnUUII2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比此公式只适用于一个副线圈的变压器1221nnII五、几种常用变压器1.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1n2升压变压器n1n2U1U2降压变压器问题：有没有只用一组线圈来实现变压的变压器？自耦变压器的原副线圈共用一个线圈2.互感器A电流互感器电压互感器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一、变压器的构造1．示意图2．电路图中符号3．构造：二、变压器的工作原理：1、互感现象：原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象2、能量转化：电能→磁场能→电能3、理想变压器P入＝P出三、理想变压器的变压规律:U1/U2=n1/n2四、理想变压器的变流规律：I1/I2=n2/n1五、常用变压器小结练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B1803A练习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=______。图（a）A铁芯图（b）C练3、钳形电流表的外形和结构如图（a）所示。图（a）中电流表的读数为1.2A。图（b）中用同一电缆线绕了3匝，则A.这种电流表能测直流电流，图（b）的读数为2.4AB.这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为0.4AC.这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为3.6AD.这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图（b）的读数为3.6A练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漏电保护开关，如图所示是保护开关的电路原理简图．问：（1）电路正常工作时，b线圈是没有电流的，原因是什么？（2）如果站在地上的人不小心接触火线时，b线圈为什么会产生感应电流？答案（1）电流互感器a侧两线圈完全相同，流过两线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相互抵消，b侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流．（2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电厂，a侧两线圈电流大小不等，产生“剩余电流”在铁芯中产生变化的“剩余磁通”，b侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流．AV~R1R2SA.U增大、I增大、P1增大C.U减小、I减小、P1减小D.U不变、I减小、P1不变B.U不变、I减小、P1增大练5、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。S原来闭合，且R1=R2，现将S断开，那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I和用电器上R1的功率P1将分别是：DU1I1I2n1n2U2R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＝P22.U1由电源决定；U1决定U2U2由U1和匝数比决定；U2＝n2/n1·U13.I2决定I1；I2＝U2／R4.I1由I2和匝数比决定；I1＝n2/n1·I2六、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n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为U1、U2和U3，相应的电流分别为I1、I2和I3，根据变压器的工作原理可得：11221UnUn11332UnUn12由（）（）式得：2233U(3)Unn＝PP入出根据＝得112233IUIUIU--------4＝＋（）134将（）（）式代入（）式得3112223222IUnnIUIUnn112233InInIn例、一台理想变压器原线圈匝数n1＝1100匝，两个副线圈的匝数分别是n2＝60匝，n3＝600匝。若通过两个副线圈中的电流分别为I2＝1A，I3＝4A，求原线圈中的电流。2.24A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。n3n2n1（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110VBD例、如图所示，理想变压器原副线圈匝数比为4:1，原线圈中的电阻A与副线圈中的负载电阻B阻值相等。ab端加一交流电压U后，（1）两电阻消耗的功率之比为多少？（2）两电阻两端电压之比为多少？（3）B电阻两端电压为多少？n1n2BAUab（1）1:16（2）1:4（3）UB=174U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、将会烧坏D、不能确定n2n1L3L4L1L2A