高中物理选修3-2：：第二章 第六节 变压器 (2013粤教版)

第六节变压器知识点1认识变压器1．变压器的构造：原线圈副线圈如图2－6－1为变压器的构造和符号图．其构造有：____________、_______(初级线圈)n1匝、_______(次级线圈)n2匝．闭合铁芯图2－6－12．变压器的工作原理：U1为输入电压、I1为输入电流，U2为输出电压、I2为输出电流．变压器的工作原理是互感现象．原线圈中交变电流→铁芯中产生交变磁通量→副线圈中产生感应电动势E2→副线圈中交变电流→铁芯中产生交变磁通量→原线圈中产生感应电动势E1.3．注意：(1)记住变压器的符号，与原线圈对应的物理量U1、I1、n1，与副线圈对应的物理量U2、I2、n2.其中的电压、电流值U1、I1、U2、I2都是交变电流的有效值；(2)变压器只能在交变电流下工作，若输入的是恒定电流，则变压器无输出，即U2＝0，I2＝0.变压器能改变交变电压，但__________________________．不能改变交变电流的频率知识点2几种常见的变压器1．自耦变压器：如图2－6－2所示，只有一个线圈，甲为自耦降压变压器，乙为自耦升压变压器．图2－6－22．调压变压器：属于自耦变压器，但电压可连续调节，如图2－6－2丙所示．3．互感器：它可以把不能直接测量的高电压、大电流变换成低电压、小电流进行测量．图2－6－3(1)电压互感器：把高电压变成低电压，并联在电路中，如图2－6－3甲所示．(2)电流互感器：把大电流变成小电流，串联在电路中，如图乙所示．知识点3理想变压器中的电压与电流1．理想变压器：(1)理想变压器是一种理想模型，本身无能量损耗．理想变压器的工作原理是互感现象，所以只有接入交变电流才能工作．(2)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗(实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别)．2．理想变压器中的电压：(1)原、副线圈两端的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，用公式表示为________，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比．(2)当n2n1时，U2U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器．(3)当n2n1时，U2U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器．＝U1n1U2n23．理想变压器中的电流：P入＝P出U1I1＝U2I2(1)理想变压器的输出功率与输入功率相等，有_________，__________，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和．(2)理想变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比，用公式表示为________.＝I1n2I2n14．注意：(1)只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有U1I1＝U2I2，I1I2＝n2n1.(2)变压器的输入功率由输出功率决定，常有P1＝U1I1＝U22R＝n2U1n121R，即在输入电压确定以后，输入功率与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比．式中的R表示负载电阻的阻值．(3)当变压器有多个副线圈时，电流的反比关系就不适用了，由U1I1＝U2I2＋U3I3＋U4I4＋…和U2＝n2n1U1，U3＝n3n1U1，U4＝n4n1U4，…可得出n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋….(4)原、副线圈交变电流的周期T和频率f相同．【例题】(双选)用理想变压器给负载(所有负载都是并联的))供电，下列措施哪些可以增大变压器的输入功率(A．只增加原线圈的匝数B．只减少负载C．只增加负载D．只增加副线圈的匝数解析：变压器的输入功率由输出功率决定，只增加原线圈的匝数，或只减少副线圈的匝数，致使原、副线圈的匝数比增加，使副线圈的输出电压减小，输出功率减小，而使输入功率随之减小，A错D对；只减少负载，意味着总电阻增加，输出电流减小，输出功率减小，而使输入功率随之减小，C对B错．故选CD.答案：CD【配对训练】1．(双选，2012年广州二模)如图2－6－4所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝20∶1.一个标有“10V100W”的灯泡正常发光时()图2－6－4ACA．输入功率P1＝100WB．输入电压U1＝10VC．输入电流I1＝0.5AD．输出电流I2＝0.25A题型1变压器与电路综合问题【例题】图2－6－5中，降压变压器的变压系数是3，即初级线圈与次级线圈的匝数之比是3.初级线圈的输入电压是660V，次级线圈的电阻为0.2Ω，这台变压器供给100盏“220V60W”的电灯用电．求：图2－6－5(1)空载时次级线圈的路端电压和输出功率．(2)接通时次级线圈的路端电压．(3)每盏灯的实际功率．解析：(1)将变压器视为理想变压器．设空载时次级线圈的路端电压为U2.因n1n2＝3，故U2＝n2U1n1＝220V．因为空载，次级线圈的负载电阻R2→∞，次级线圈中的电流为零，即I2＝0，P＝I2U2＝0.答案：见解析(2)接通电路后，100盏电灯并联的总电阻为R外＝R100＝U2额P额100＝8.07Ω次级线圈中的路端电压为U2′＝I2′R外＝2208.07＋0.2×8.07V＝214.68V.(3)每盏灯的实际功率为P′＝I2′100U2′＝220×214.688.27×100W＝57.1W.规律总结：解决变压器问题的常用方法1．电压思路：变压器原、副线圈的电压之比为U1U2＝n1n2；当变压器有多个副绕组时U1n1＝U2n2＝U3n3＝….2．功率思路：理想变压器的输入、输出功率为P入＝P出，即P1＝P2；当变压器有多个副绕组时P1＝P2＋P3＋….3．电流思路：由I＝PU知，对只有一个副绕组的变压器有I1I2＝n2n1；当变压器有多个副绕组时n1I1＝n2I2＋n3I3＋….4．(变压器动态问题)制约思路：(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2＝n2U1n1，可简述为“原制约副”．(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定，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＝n2I2n1，可简述为“副制约原”．(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＝P2U2；③总功率P总＝P线＋P2.动态解析问题的思路程序可表示为：11221UnUnU决定U222UIR负载决定I2121122()PPIUIU决定I1111PIU决定P15．原理思路：变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中ΔΦΔt相等；当遇到“自耦”型变压器时有ΔΦ1Δt＝ΔΦ2Δt＋ΔΦ3Δt，此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于稳压或恒定电流的情况．【触类旁通】1．(双选，2012年肇庆二模)如图2－6－6所示，理想变压器副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R.开始时，开关S断开，当S闭合时，下列说法中正确的是()CD图2－6－6A．副线圈两端的输出电压减小B．灯泡L1更亮C．原线圈中的电流增大D．变压器的输入功率增大题型2多个副线圈的变压器的计算【例题】如图2－6－7所示，理想变压器原线圈Ⅰ接到220V的交流电源上，副线圈Ⅱ的匝数为30，与一标有“12V12W”的灯泡连接，灯泡正常发光．副线圈Ⅲ的输出电压为110V，电流为0.4A．求：(1)副线圈Ⅲ的匝数．(2)原线圈Ⅰ的匝数以及通过原线圈的电流．图2－6－7答案：(1)275匝(2)550匝，0.25A解析：(1)根据已知，U2＝12V，n2＝30；U3＝110V.由U2U3＝n2n3，得n3＝U3U2n2＝275匝．(2)因U1＝220V，根据U1U2＝n1n2，得n1＝U1U2n2＝550匝．由P1＝P2＋P3＝P2＋I3U3＝56W，得I1＝P1U1＝0.25A.【触类旁通】AC2．(双选)如图2－6－8所示为理想变压器，原线圈的匝数是n1，两个副线圈的匝数分别是n2、n3，当原线圈两端加上交变电压U1后，测得原线圈中的电流为I1，设两个副线圈两端的)电压分别是U2、U3，其中的电流分别为I2、I3，则有(图2－6－8A.U1U2＝n1n2，U1U3＝n1n3B.I1I2＝n2n1，I1I3＝n3n1C．I1＝n2n1I2＋n3n1I3D.I1I2＋I3＝n2＋n3n1