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1、5.4变压器变压器照明灯电压照明灯电压-220220伏伏机床上照明灯机床上照明灯-3636伏伏半导体收音机电源电压不超过半导体收音机电源电压不超过1010伏伏大型发电机交流电压大型发电机交流电压-几万伏几万伏远距离输电远距离输电-几十万伏几十万伏电视机显像管却需要电视机显像管却需要10000V10000V以上电压以上电压交流便于改变电压，以适应各种不同的需要交流便于改变电压，以适应各种不同的需要变压器就是改变变压器就是改变交流交流电压的设备电压的设备几种常见的变压器一、变压器的构造一、变压器的构造1.1.示意图示意图 U1U2 n1n2原原线线圈圈副副线线圈圈铁铁芯芯2.2.构造：构造：（1
2、1）闭合铁芯）闭合铁芯 （绝（绝缘硅钢片叠合而成）缘硅钢片叠合而成）（2 2）原线圈（初级线）原线圈（初级线圈）：其匝数用圈）：其匝数用n n1 1表示表示（3 3）副线圈（次级线）副线圈（次级线圈）：其匝数用圈）：其匝数用n n2 2表示表示（4 4）输入电压：）输入电压：U U1 1; ; 输出电压：输出电压：U U2 2. .3.3.电路图中符号电路图中符号n1n2问题：问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？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，那么在给原线圈接圈接交变电压交变电压U U1 1后，副线圈电压后，副线圈电压U U2 2
3、是怎是怎样产生的？样产生的？铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘 U1U2 n1n2二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理-互感现象互感现象 变压器通过闭合变压器通过闭合铁芯，利用互感现象铁芯，利用互感现象实现了电能（实现了电能（U U1 1、I I1 1）到磁场能（变化的磁到磁场能（变化的磁场）再到电能（场）再到电能（ U U2 2、I I2 2）转化。）转化。原原线线圈圈副副线线圈圈铁芯铁芯 U1U2n1n2互感现象：在原副线圈中由于有互感现象：在原副线圈中由于有交变电交变电流流而发生的互相感应现象。而发生的互相感应现象。若给原线圈接若给原线圈接直流电压直流电压U,U,副线圈电压副线圈电
4、压U U2 2= = ？闭合铁芯实现了电能闭合铁芯实现了电能-磁场能磁场能-电能的转电能的转换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁通换，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，物理学中引入了损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型一种理想化模型-理想变压器理想变压器。下面我们定下面我们定量分析理想量分析理想变压器的变变压器的变压规律。压规律。无磁损无磁损无铜损无铜损无铁损无铁损理理想想变变压压器器实验结论：原副线圈两端电压之比等于原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。这两个线圈的匝数比
5、。 次数次数12345U1U2V1V2研究原副线圈两端电压关系的实验研究原副线圈两端电压关系的实验三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应电原、副线圈中产生的感应电动势分别是：动势分别是：E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t tE1 1/n/n1 1= = E2 2/n/n2 2原线圈回路有：原线圈回路有：U U1 1 E E1 1=I=I1 1r r1 1 0 0则则U U1 1=E=E1 1副线圈回路有：副线圈回路有： E E2 2=U=U2 2 +I+I2 2r r2 2 UU2 2则则U U2
6、 2=E=E2 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则：则：U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2 理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的端电压之比端电压之比等于等于这两个线圈的这两个线圈的匝数之比匝数之比n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -升压变压器升压变压器n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -降压变压器降压变压器U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2四、理想变压器的变流规律四、理想变压器的变流规律问题：问题：原副线圈的电流可能满足何规
7、律？原副线圈的电流可能满足何规律？1.1.理想变压器输出功率应等于输入功率理想变压器输出功率应等于输入功率即即: : U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2I I 1 1/ I/ I 2 2= U= U2 2 / / U U1 1= n= n2 2 / / n n1 1P P入入= = P P出出2.2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比数成反比I I 1 1/ I / I 2 2= n= n2 2 / n/ n1 1 变压器工作时，高压线圈匝数多而变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；通过的电流小，可用较细的导线
8、绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。用较粗的导线绕制。 这也是判定高压这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。线圈和低压线圈的一种方法。此公式只适用于此公式只适用于一个副线圈一个副线圈的变压器的变压器U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R 输入输出电压、电流、功率大小之间输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系的因果关系 1.1.输入功率输入功率P P1 1由输出功率由输出功率P P2 2决定；决定； P1P22.U2.U1 1由电源决定；由电源决定；3.U3.U2 2由由U U1 1和匝数比决定
9、；和匝数比决定； U U2 2n n2 2/n/n1 1UU1 14.I4.I2 2由由U U2 2和负载决定；和负载决定； I2U2R5.I5.I1 1由由I I2 2和匝数比决定；和匝数比决定； I I1 1n n2 2/n/n1 1II2 2【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，当导体棒在匀强磁场中向左，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，图中电流做匀速直线运动切割磁感线时，图中电流表表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 B3m
10、A B0 C0 C48mA 48mA D 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，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，路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈在线圈n n1 1中通过的是恒定电流，不能中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈引起穿过线圈n n2 2的磁通量变化，在副的磁通量变化，在副线圈线圈n n2 2上无感应电动势出现，所以上无感应电动势出现，所以A A2 2中无电流通过。中无电流通过。 【例例2 2】一理想变压器，其原线圈一理想变压器，其原线圈22002200匝
11、，匝，副线圈副线圈440440匝，并接一个匝，并接一个100100的负载电的负载电阻，如图所示。阻，如图所示。（1 1）当原线圈接在）当原线圈接在44V44V直流电源电源上直流电源电源上时，电压表示数为时，电压表示数为_V,_V,电流表示电流表示数为数为_A._A.（2 2）当原线圈接在）当原线圈接在220V220V交变电源上时，交变电源上时，电压表示数为电压表示数为_V_V，电流表示数为，电流表示数为_A,_A,此时输入功率为此时输入功率为_W._W.00440.4419.36U U1 1U U2 2= =n n1 1n n2 22202203636= =11001100n n2 2n n2
12、 2= =180180180U U2 2P P2 2I I2 2= =n n2 2n n1 1I I1 1I I2 218018011116060110011003636= =n n2 2 P P2 2=n n1 1 U U2 2= =3 3A A解：解：所以：所以：3 A练习练习1.1.一理想变压器，原线圈匝数一理想变压器，原线圈匝数n n1 1=1100=1100，接在电压接在电压220V220V的交流电源上，当它对的交流电源上，当它对1111只并只并联的联的“36V36V，60w”60w”的灯泡供电时，灯泡正常的灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知副线圈的匝数发光。由此可知副线圈的匝数n
13、n2 2=_=_，通，通过原线圈的电流过原线圈的电流 I I1 1 =_ =_。练习练习2 2、如图所示，一理想变压器原、如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为副线圈的匝数比为n n1 1：n n2 2=3=3：1 1，有四只，有四只相同的灯泡连入电路中，若灯泡相同的灯泡连入电路中，若灯泡L L2 2、L L3 3、L L4 4均能正常发光，则灯泡均能正常发光，则灯泡L L1 1（ ）A A、也能正常发光、也能正常发光B B、较另三个灯暗些、较另三个灯暗些C C、将会烧坏、将会烧坏D D、不能确定、不能确定1n2n1L3L4L1U1L2A五、几种常用变压器五、几种常用变压器1.1.自耦变压
14、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：有没有只问题：有没有只用一组线圈来实用一组线圈来实现变压的变压器？现变压的变压器？ 自耦变压器自耦变压器的原副线圈共用的原副线圈共用一个线圈一个线圈2.2.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 使用时把原线圈使用时把原线圈与电路并联，原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数匝数多于副线圈匝数 使用时把原线圈使用时把原线圈与电路串联，原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数匝数少于副线圈匝数例例3.3.钳形电流表的外形和结构如图（钳形电流表的外形和结构如图（a a）所
15、示。）所示。图（图（a a）中电流表的读数为）中电流表的读数为1.2A 1.2A 图（图（b b）中用同）中用同一电缆线绕了一电缆线绕了3 3匝，则匝，则 ( ( ) ) A.A.这种电流表能测直流的读数为这种电流表能测直流的读数为2.4A2.4AB.B.这种电流表能测交流电流，这种电流表能测交流电流，图（图（b b）的读数为）的读数为0.4A0.4AC.C.这种电流表能测交流电流，这种电流表能测交流电流，图（图（b b ) )的读数为的读数为3.6A3.6AD.D.这种电流表既能测直流这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，电流，又能测交流电流，图图 （b b）的读数为）的读数为3.6A
16、3.6A 图（图（a）A铁铁芯芯图（图（b）C例例4.4.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路为了保证用电安全，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线圈是没有电线圈是没有电流的，原因是什么？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线圈为什么会产生感应电流？线圈为什么会产生感应电流？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，侧两线圈完全相同，流过两
17、线圈的电流大小相等，方向相反，它们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，产生的磁场相互抵消，b b侧线圈磁通量总为零侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流而不变，线圈中不产生感应电流（2 2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电厂，回发电厂，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“剩剩余电流余电流”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侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流流练习练习3.3.（19991999全国卷）如图是全国卷）如
18、图是4 4种亮度可种亮度可调的台灯的电路的示意图，它们所用的灯调的台灯的电路的示意图，它们所用的灯泡相同，且都是泡相同，且都是“220V 40W”220V 40W”，当灯泡消，当灯泡消耗的功率都调至耗的功率都调至20W20W时，哪种台灯消耗的时，哪种台灯消耗的功率最小？功率最小？答案答案 C C解析解析 理想变压器的输入功率等于输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，除灯泡消耗电路中有另外的变阻器，
19、除灯泡消耗功率外，在变阻器上有额外的功率损功率外，在变阻器上有额外的功率损失失六、解决有多个副线圈的理想变压器的问题六、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，原一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为线圈匝数为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，相应的电压分别为相应的电压分别为U U1 1、U U2 2和和U U3 3，相应的电流分别，相应的电流分别为为I I1 1、I I2 2和和I I3 3，根据变压器的工作原理可得：，根据变压器的工作原理可得： 11221UnUn 11332UnUn12由 （）
20、（） 式 得 ：2233U(3)UnnPP入出根据得112233I UI UI U -4（ ）134将（ ）（ ）式代入（ ）式得3112223222I UnnI UI Unn112233I nI nI n【例例5 5】一台理想变压器原线圈匝数一台理想变压器原线圈匝数n n1 111001100匝，两个副线圈的匝数分别是匝，两个副线圈的匝数分别是n n2 26060匝，匝，n n3 3600600匝。若通过两个副线圈中的电匝。若通过两个副线圈中的电流分别为流分别为I I2 21A1A，I I3 34A4A，求原线圈中的，求原线圈中的电流。电流。 解析：对于理想变压器，输入功率解析：对于理想变压
21、器，输入功率与输出功率相等，则有与输出功率相等，则有I I1 1n n1 1I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3I I1 1（I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3）n n1 1（1 160604 4600600）110011002.24A2.24A例例6 6、如图所示：理想变压器的交流输入、如图所示：理想变压器的交流输入电压电压U U1 1=220V=220V，有两组副线圈，其中，有两组副线圈，其中n n2 2=36=36匝，标有匝，标有“6V6V，9W”9W”、“12V12V，12W”12W”的灯的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：泡分别接在两副线圈上均正常发光，
22、求：（1 1）原线圈的匝数为）原线圈的匝数为n n1 1和另一副线圈的匝和另一副线圈的匝数数n n3 3. .（2 2）原线圈的电流）原线圈的电流I I1 1。n3n2n1解：（解：（1 1）由于两灯均正常发光，）由于两灯均正常发光，所以有：所以有：U U2 2=6V=6V，U U3 3=12V=12V根据原、副线圈电压与匝数的关系，有：根据原、副线圈电压与匝数的关系，有：U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 2 n n1 1= U= U1 1n n2 2/U/U2 2=1320=1320匝。匝。U U3 3/U/U2 2=n=n3 3/n/n2 2，n n3 3= U= U3
23、3n n2 2/U/U2 2=72=72匝。匝。（ 2 2 ） 根 据 能 量 守 恒 ， 有） 根 据 能 量 守 恒 ， 有 P P入入= P= P出出。 即。 即I I1 1U U1 1=P=P2 2+P+P3 3，则，则I I1 1= =（P P2 2+P+P3 3）/U/U1 1=0.095A=0.095A练习练习4 4如图所示，理想变压器的原线圈接如图所示，理想变压器的原线圈接上上220V220V交流电压，副线圈有交流电压，副线圈有A A、B B两组，两组，A A组接组接44的电阻，的电阻，B B组接规格为组接规格为“10V24W10V24W”的灯泡。的灯泡。已知已知A A组的线圈匝数为组的线圈匝数为3030匝，两端电压为匝，两端电压为6V6V，灯泡正常发光，求原线圈的匝数和电流。灯泡正常发光，求原线圈的匝数和电流。12122203011006U nnU匝2222U6P9WR4223311I UI U924I0.15AU220小结：小结：1.1.变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理2.2.理想变压器的理想化模型及功率传理想变压器的理想化模型及功率传输规律输规律3.3.理想变压器的变压和变流规律理想变压器的变压和变流规律