高二物理《变压器》课件

原 线 圈
n1 n2
U2
∽
副
铁芯
线 圈
互感现象：在原副线圈中由于有交变电
流而发生的互相感应现象。
若给原线圈接直流电压，U副线圈电压U2 ？
闭合铁芯实现了电能---磁场能---电能的转换， 由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝 大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失 很小，为了便于研究，物理学中引入了一种 理想化模型------理想变压器。
四、变压器
照明灯电压------220伏 机床上照明灯------36伏 半导体收音机电源电压不超过10伏 大型发电机交流电压------几万伏 远距离输电------几十万伏 电视机显像管却需要10000V以上电压 交流便于改变电压，以适应各种不同的需要
变压器就是改变交流电压的设备
几种常见的变压器
练习3.（1999全国卷）如图是4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“220V 40W”，当灯泡 消耗的功率都调至20W时，哪种台灯消耗的功率最小？
答案 C
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 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 率外，在变阻器上有额外的功率损失．
解：（1）由于两灯均正常发光，
n1
所以有：U2=6V，U3=12V 根据原、副线圈电压与匝数的关系，有：U1/U2=n1/n2 U1n2/U2=1320匝。 U3/U2=n3/n2，n3= U3n2/U2=72匝。 （2）根据能量守恒，有P入=P出。即I1U1=P2+P3， 则I1=（P2+P3）/U1=0.095A
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．3mA B．0 C．48mA D．与负载R
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。
解析 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a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 和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联 起来，220V交变电流在MNO、GRK与发电厂之间流过； 铁芯的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈（图中 未画出）并联，室内电路正常工作时，b线圈没有电流， J保持导通状态，当漏电时，b线圈便会产生感应电流， 推动电磁继电器J切断用电器的电路，从而防止事故的 发生．
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：
U1 n1 1
U2 n2
U1 n1 2
U3 n3
I2=PU22
所以：I1
=
n2 n1
I2 =
n2 P2 n1 U2
=
180×11×60 1100×36
=3A
练习2、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
A 中 ， 若 灯 泡 L 2 、 L 3 、 L 4 均 能 正 常 发 光 ， 则 灯 泡 L 1
（）
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
L1
1
U1 n1 n2 L2
L3 L4
例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
2.4A
B.这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为
由（1）（2）式得：
U2 ＝ n2 (3) U3 n3
根据P入＝P出得
I1U1＝I2U2＋I3U3 --------（4）
将（1）（3）式代入（4）式得
I1U2
n1 n2
I 2U 2
I3U2
n3 n2
I1n1 I2n2 I3n3
【例5】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。
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＝P2 2.U1由电源决定； 3.U2由U1和匝数比决定；U2＝n2/n1·U1
4.I2由U2和负载决定； I2＝U2／R
5.I1由I2和匝数比决定；
I1
I1＝n2/n1·I2
U1 n1
I2 n2U2 R
【例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
若不考虑原副线圈的内阻，则U1=E1；U2=E2 则：U1/U2= n1/n2
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
U1/U2= n1/n2
n2 >n1 U2>U1 -----升压变压器
n2 <n1 U2 <U1 -----降压变压器
四、理想变压器的变流规律 问题：原副线圈的电流可能满足何规律？ 1.理想变压器输出功率应等于输入功率
即: P出= P入 U1I1=U2I2 I 1/ I 2= U2 / U1= n2 / n1
2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝
数成反比
I 1/ I 2= n2 / n1
此公式只适用于一个副线圈的变压器
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 匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导 线绕制。 这也是判定高压线圈和低压线 圈的一种方法。
62 4
＝9W
I1＝
I2
U
2＋I3U3 U1
＝
9＋24 220
＝0.15A
【例7】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-----
铁芯与线圈互相绝缘
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 圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎 样产生的？
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） ∽ U1
到磁场能（变化的磁
场）再到电能（ U2、 I2）转化。
n2 n3
n1=
〖练习4〗如图所示，理想变压器的原线圈接
上220V交流电压，副线圈有A、B两组，A组接
4Ω的电阻，B组接规格为“10V24W”的灯泡。
已知A组的线圈匝数为30匝，两端电压为6V，
灯泡正常发光，求原线圈的匝数和电流。
n1
U1n2 U2
220 30 6
1100匝
P2＝
U
2 2
R
＝
一、变压器的构造
1.示意图 2.构造： （1）闭合铁芯 （绝缘
铁
硅钢片叠合而成）
原 线 ∽ U1 圈
芯
n1 n2
U2 ∽
副
线
圈
（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
n1
n2
∽ U1
n1 n2 U2 ∽
所以U2／n2＝U1/n1
U2＝n2U1/n1＝55V
而U1／n1＝2U3/n3（U2＝U3）
＝2n1U3／U1
＝2×4400×55／220
＝2200匝
小结： 1.变压器的结构和工作原理 2.理想变压器的理想化模型及功率传输规律 3.理想变压器的变压和变流规律
解析：对于理想变压器，输入功率与输出 功率相等，则有I1n1＝I2n2＋I3n3
I1＝（I2n2＋I3n3）／n1＝（1×60＋4×600） ／1100＝2.24A
例6、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。
理 想
无磁损
变 无铁损
压 器
无铜损
下面我们定 量分析理想 变压器的变 压规律。
三、理想变压器的变压规律
I1
I2
原、副线圈中产生的感应 电动势分别是：
U1 n1
n2 U2
E1=n1/ t E2=n2/ t E1/n1= E2/n2
原线圈回路有：U1− E1=I1r1≈ 0 则U1=E1 副线圈回路有：E2=U2 +I2r2 ≈U2 则U2=E2
降压变压器
U1 n1 n2 U2
升压变压器
2.互感器
V
电压互感器
使用时把原线圈与 电路并联，原线圈匝 数多于副线圈匝数
A
电流互感器
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？