人教版高中物理选修3 2第五章第4节变压器课件.ppt

1、用电器用电器额定工作电压额定工作电压用电器用电器额定工作电压额定工作电压随身听随身听3V3V机床上的照明灯机床上的照明灯36V36V扫描仪扫描仪12V12V防身器防身器3000V3000V手机充电手机充电器器4.2V 4.4V 5.3V4.2V 4.4V 5.3V黑白电视机显像管黑白电视机显像管 几万伏几万伏录音机录音机6V 9V 12V6V 9V 12V彩色电视机显像管彩色电视机显像管 十几万伏十几万伏 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？各

2、种用电器的额定电压城乡变压器城乡变压器各式变压器各式变压器可拆式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器变电站的大型变压器铁芯铁芯原线圈原线圈副线圈副线圈1.1.构造：构造：（1 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （2 2）原线圈）原线圈(初级线圈初级线圈)（3 3）副线圈）副线圈(次级线圈次级线圈)观察变压器结构2、示意图示意图(1)闭合铁芯闭合铁芯 (绝缘硅钢片叠合而成绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈原线圈(初级线圈初级线圈)其匝数用其匝数用n1表示表示 与交变电源相连与交变电源相连(3)副线圈副线圈(次级线圈次级线圈)其匝数用其匝数用n2表示表示 与负载相连与负载相连(4)输入电压输入电压U1 输出电

3、压输出电压U2铁芯铁芯U1U2 n1n23、符号、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？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，那么在给原线圈圈接交变电压接交变电压U1后，副线圈如何产生电后，副线圈如何产生电压压U2？n1n2n1n2无铁芯无铁芯有铁芯有铁芯铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘原线圈原线圈 接接 交流电交流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产生感应电动势感应电动势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 有有 交流电交流电原线圈原线圈产生产生感应电动势感应电动势n

4、n2 2U2U1n n1 1 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能电能 磁场能磁场能 电能电能(U1、I1)(变化的磁场变化的磁场)(U2、I2)U1U2 n1n2 0tt1t2t3t4若给原线圈接直流电压若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压副线圈电压U2?=0转化转化转化转化U1U2 n1n22.理想变压器理想变压器建立建立模型模型变压器在忽略漏磁、线圈电阻、其它变压器在忽略漏磁、线圈电阻、其它损耗的情况下，称为理想变压器。损耗的情况下，称为理想变压器。理想变压器特点：理想变压器特点：（1 1）变压器铁芯内无漏磁；）变压器铁芯内无漏磁；（2 2

5、）原、副线圈不计内阻；）原、副线圈不计内阻；（3 3）忽略铁芯产生的热量。）忽略铁芯产生的热量。磁通量全部集中在铁心内磁通量全部集中在铁心内P P入入P P出出理理想想变变压压器器原、原、副副线圈电阻都为零线圈电阻都为零n n2 2U2U1n n1 1（一）功率关系（一）功率关系 理想变压器无能量损失，所以输入功率理想变压器无能量损失，所以输入功率等于输出功率当副线圈为断路时，原线圈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入功率等于副线圈上输出功率之和（二）频率关系（二）频率关系 变压器不能改变交

6、变电流的频率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线圈中激发出同频率的交流电因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以理想变压器原副线圈中的理想变压器原副线圈中的磁通量磁通量，磁通磁通量的变化量量的变化量、磁通量的变化率磁通量的变化率都相同。都相同。1 1 理论条件理论条件三、电压关系三、电压关系U1U2 n1n2I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电动势分别是：原、副线圈中产生的感应电动势分别是：E E1 1=n=n1 1/t t E E2 2=n=n2 2/t t则则E

7、1 1/n/n1 1=E2 2/n/n2 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 即：即：U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 22.推导过程推导过程1、n2 n1 U2U1升压升压变压器变压器2、n2 n1 U2 U1降压降压变压器变压器注：此公式无论副线圈一端是空载还注：此公式无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。是有负载，都是适用的。2121nnUU 3.结论：结论：理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电电压压跟它们的跟它们的匝数匝数成成正比正比理想变压器输入功率等于输出功率理想变压器输入功率等于输

8、出功率即即:121221nnUUII理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电流电流跟它们跟它们的的匝数匝数成成反比反比（四）电流关系（四）电流关系.（五）有多个副线圈的理想变压器的问题（五）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 3，相应的电压分别，相应的电压分别为为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，根据变压器的工作原理可得：压器的

9、工作原理可得：n3n2n12121nnUU 3131nnUU 1.电压电压2.功率功率332211UIUIUI3.电流电流1133112211UnnIUnnIUI 1 12233I nI nI n或或由由1 输入电压输入电压U U1 1取决于输入电源而与输出电压及取决于输入电源而与输出电压及负载、负载、匝数比匝数比无关无关,而而输出电压输出电压U U2 2由输入电压由输入电压U U1 1匝数比决定，匝数比决定，即即U U2 2n n2 2U U1 1/n n1 12 2当变压器原、副线圈的匝数比当变压器原、副线圈的匝数比(n n1 1/n n2 2)一定，且输入电压一定，且输入电压U U1 1

10、确确定时，原线圈中的电流定时，原线圈中的电流I I1 1由副线圈中的输出电流由副线圈中的输出电流I I2 2决定，即决定，即I I1 1n n2 2I I2 2/n n1 1.而而I I2 2又取决于负载以及功率又取决于负载以及功率 即即I I2 2U U2 2/R R2 2 I I2 2P P2 2/U U2 23.3.变压器的输入功率是由输出功率决定的变压器的输入功率是由输出功率决定的。因。因理想变压器理想变压器始终始终满足满足输入功率输入功率等于等于输出功率输出功率，即，即变压器将电能由原线圈传给副变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是线圈时总是“量出为入量出为入”，即用户消耗多少，原线圈

11、就提供多，即用户消耗多少，原线圈就提供多少少。P2由用户负载决定，由用户负载决定，P2P负负1P负负2；I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R RU U1 1（六）变压器工作（六）变压器工作时的动态变化时的动态变化关系关系U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R1.输入功率输入功率P1由输出功率由输出功率P2决定决定输出功率输出功率P2由负载决定由负载决定2.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；U2n2/n1U14.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

12、比决定；I1n2/n1I2小结：各量之间的动态关系小结：各量之间的动态关系（七）几种常用变压器（七）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：有没有只用问题：有没有只用一组线圈来实现变一组线圈来实现变压的变压器？压的变压器？自耦变压器的原副线圈共用一个线圈121221nnUUII2.2.互感器互感器 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课堂互动讲练课堂互动讲练对变压器原理的理解对变压器原理的理

13、解图图543BC即时应用即时应用 1对理想变压器，下列说法中正确的是对理想变压器，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原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大大而增大B原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大而增大C原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化变化D当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零AB【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

14、场中向左做匀速直线，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。变压器基本规律的应用变压器基本规律的应用U U1 1U U2 2=n n1 1n n2

15、22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2 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即时应用即时应用 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，接在电压电压220V220V的交流电源上，当它对的交流电源上，当它对1111只并联的只并联的“36V36V，60w60w”的灯泡供电时，灯泡正常发光。的灯泡供电时，灯泡正常发

16、光。由此可知副线圈的匝数由此可知副线圈的匝数n n2 2=_=_，通过原线，通过原线圈的电流圈的电流 I I1 1=_=_。变式训练变式训练1(2011年高考浙江理综卷年高考浙江理综卷)如图所示，如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数在铁芯上、下分别绕有匝数n1800和和n2200的的两个线圈，上线圈两端与两个线圈，上线圈两端与u51sin 314t V的交流的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是电压表的读数可能是()A2.0 VB9.0 VC12.7 V D144.0 VA解析解析：选选 A.由由U1n1U2n2得得 U2n2

17、U1n1，其中其中 U1512V，得得 U2514 2V9.0 V，因此题中两线圈并非处于理因此题中两线圈并非处于理想状态想状态，会出现漏磁会出现漏磁，所以交流电压表的读数小所以交流电压表的读数小于于9.0 V，故选项，故选项 A 正确正确C如图所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦如图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交流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻和光敏电阻R2,各交各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R2时，时，各电表的示数变化情况是各电表的示数变化情况是()A电流表电流

18、表A1示数变大示数变大 B电流表电流表A2示数变小示数变小C电压表电压表V1示数变小示数变小 D电压表电压表V1示数变大示数变大A变压器的动态分析变压器的动态分析重要题型的方法与技巧：由负载变化引起变压重要题型的方法与技巧：由负载变化引起变压器电压、电流变化的判断方法：器电压、电流变化的判断方法：1、由、由U1/U2=n1/n2，判断，判断U2变化情况变化情况2、判断负载电阻变化的情况、判断负载电阻变化的情况3、由欧姆定律确定副线圈中电流、由欧姆定律确定副线圈中电流I2的变化情况的变化情况4、最后由、最后由P出出=P入入判断原线圈中电流判断原线圈中电流I1的变化情况的变化情况例例.为了保证用电

19、安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏为了保证用电安全，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线圈为什么会产线圈为什么会产生感应电流？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

20、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）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线圈没有线圈没有电流，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线圈便会产生感线圈

21、便会产生感应电流，推动电磁继电器应电流，推动电磁继电器J J切断用电器的电路，从而防切断用电器的电路，从而防止事故的发生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

22、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练习练习.如图是如图是4 4种亮度可调的台灯的电路的示意图，它们所用的种亮度可调的台灯的电路的示意图，它们所用的灯泡相同，且都是灯泡相同，且都是“220V 40W”220V 40W”，当灯泡消耗的功率都调至，当灯泡消耗的功率都调至20W20W时，哪种台灯消耗的功率最小？时，哪种台灯消耗的功率最小？解析解析 理想变压器的输入功率等于输出功率，在变压器上是没理想变压器的输入功率等于输出功率，在变压器上是没有功率损失的，所以含有变压器的台灯消耗功率就等于灯泡消有功率损失的，所以含有变压器的台灯消耗功率就等于灯泡消耗的功率而其余三种电路中有另外的变阻器，除灯泡消耗功耗的功率而其余三种电路中有另外的变阻器，除灯泡消耗功率外，在变阻器上有额外的功率损失率外，在变阻器上有额外的功率损失答案答案 CC