《变压器》精品课件-新人教版选修3-2

5.4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1~2万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管3~4万伏在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压需改变电压，以适应各种不同电压的需要。变压器就是改变交流电压的设备在输电过程中，电压必须进行调整。城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器2.示意图一、变压器的构造铁芯原线圈副线圈3.电路图中符号铁芯与线圈互相绝缘n1n21.构造：（1）闭合铁芯（2）原线圈(初级线圈)（3）副线圈(次级线圈)思考与讨论把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连到交流电源的两端，另一个线圈连到小灯泡上。小灯泡可能发光吗？说出你的道理。变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能转化(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)二、变压器的工作原理思考:若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0～～——互感现象故变压器只有工作在交流电路中。（原线圈接的电流、电压要变，才会有互感现象，变压器才可以起到变压作用。）因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以原副线圈中的磁通量，磁通量的变化量、磁通量的变化率都相同。无磁损无铜损无铁损理想变压器的特点：理想变压器模型——没有能量损失的变压器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97%～99%，所以理论研究时我们把它当成100%（理想变压器）是没有问题的。理想变压器也是一个理想化模型。请根据互感原理推导变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。理论推导～～I1I2n1n2U1U2根据法拉第电磁感应定律得：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1、n2n1U2U1——升压变压器2、n2n1U2U1——降压变压器注：此公式无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。2121nnUU理想变压器原副线圈的电压跟它们的匝数成正比理想变压器输入功率等于输出功率即:U1I1=U2I2P入=P出121221nnUUII四、理想变压器的变流规律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功率关系理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率．当副线圈为断路时，原线圈输入功率为零．对有多个副线圈输出时，输入功率等于副线圈上输出功率之和．频率关系变压器不能改变交变电流的频率．在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电．变压器工作时的制约关系1．电压制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝n2U1/n1.2．电流制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.3．负载制约(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2；(3)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率，P1＝P2；即变压器的输入功率是由输出功率决定的．4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1.(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.特别提醒：理想变压器的副线圈可看做给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．即时应用(即时突破，小试牛刀)2．对理想变压器，下列说法中正确的是()A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零AB课堂互动讲练对变压器原理的理解例1如图5－4－3所示的理想变压器，原副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶2，U1＝2202sinωtV，n1＝1100匝，以下说法中正确的是()图5－4－3A．穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为1∶2B．穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等，均为0.22VC．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2VD．原、副线圈电动势的瞬时值之比为1∶2BC变式训练1(2011年高考浙江理综卷)如图5－4－4所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin314tV的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是()A．2.0VB．9.0VC．12.7VD．144.0V图5－4－4A解析：选A.由U1n1＝U2n2得U2＝n2U1n1，其中U1＝512V，得U2＝5142V≈9.0V，因此题中两线圈并非处于理想状态，会出现漏磁，所以交流电压表的读数小于9.0V，故选项A正确．如图5－4－5所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1100匝．接入电压U1＝220V的电路中．(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6V，U3＝110V，它们的匝数n2，n3分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上“6V20W”“110V60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？变压器基本规律的应用例2图5－4－5【思路点拨】解题时应特别把握以下两点：(1)原、副线圈的电压与匝数的关系．(2)根据原、副线圈的功率关系确定电流关系．【自主解答】(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由U1U2＝n1n2得n2＝U2U1n1＝6220×1100＝30(匝)，n3＝U3U1n1＝110220×1100＝550(匝)．(2)设原线圈输入电流为I1，由P入＝P出得：I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3，I1＝P2＋P3U1＝20＋60220A≈0.36A.【答案】(1)30匝550匝(2)0.36A【规律总结】对于理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是普通适用的规律，但对于有几个副线圈的理想变压器，电流公式就不能使用了．变式训练2一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝1∶2，电源电压u＝2202sinωtV，原线圈电路中接入一熔断电流I0＝1A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R，如图5－4－6所示，为了使保险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小于()图5－4－6A．440ΩB．4402ΩC．880ΩD．8802ΩC解析：选C.当原线圈电流为I1＝I0＝1A时，副线圈中电流I2＝n1n2I1＝12A.原线圈两端电压为U1＝Um2＝220V.则副线圈两端电压为U2＝n2n1U1＝21×220＝440V.因此负载电阻的最小值为：Rmin＝U2I2＝880Ω.故C正确．变压器的动态分析例3(2010年高考天津卷)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图5－4－7所示．当开关S闭合后()图5－4－7A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变AD【规律总结】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．变式训练3(2011年嘉兴高二检测)如图5－4－8所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R2时，各电表的示数变化情况是()A．电流表A1示数变大B．电流表A2示数变小C．电压表V1示数变小D．电压表V1示数变大图5－4－8解析：选A.由U2U1＝n2n1可知，n1、n2、U1不变，U2不变，光敏电阻的阻值变小，I2＝U2R可得I2增大，I1增大，故选A.A学以致用，知识延伸思考：交流电压表有一定的量度范围，它的绝缘能力也有限，不能直接测量过高的电压。如何测量高压线上的交流电压？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钳式电流仪