1、第六节 变压器1了解变压器的工作原理和构造2掌握理想变压器的电流、电压与匝数的关系3会分析讨论负载变化时的电流、电压等相关物理量的变化情况来源:Z*xx*k.Com1变压器的作用、构造、原理(1)作用：变压器是改变交流电流、电压的设备(2)构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两组线圈构成；一个线圈与交流电源相连叫原线圈，也叫初级线圈；另一个线圈与负载相连叫副线圈，也叫次级线圈(3)原理：其工作原理是利用了电磁感应中的互感原理2理想变压器的理想化条件及其规律没有能量损失(一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”)的变压器是理想变压器，有P 入 P 出 (1)
2、电压关系： ，若 n2n 1，则 U2 U1，为升压变压U1U2 n1n2器升压器的副线圈的电流小，一般用细导线绕制；若 n2n 1，则U2 U1，为降压变压器降压器的副线圈的电流大，一般用粗导线绕制(2)电流关系 ：只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有，若副线圈有多个时( n1I1n 2I2n 3I3) (U1I1U2I2、I1I2 n2n1)来源:学科网变 压 器 空 载 运 行 时 电 流 为 零 吗 ？如图是变压器的原理简图次级线圈空载时，当一个正弦交流电压 U1 加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流 I1 并产生交变磁通 1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次 级线圈形成闭合的磁路在次级
3、线圈中感应出电动势 E2，同时 1 也会在初级线圈上感应出一个自感电动势 E1，E 1 的方向与所加电压 U1 方向相反而幅度相近，从而限制了 I1 的大小为了保持磁通 1 的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流” 即次级线圈空载时初级线圈电流 I1 主要用来产生主磁通 1，而电路损耗和铁芯损耗很小，因此即使外加电压很大，空载电流仍然很小变压器的空载电流一般约为额定电流的 6%8%.(国家规定空载电流不应大于额定电流的 10%)当次级接 上负载时，次级线圈就产生电流 I2，并因此而产生磁通 2， 2
4、 的方向与 1 相反，起了互相削弱的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电动势 E1 减少，其结果使 I1 增大，可见初级电流与次级负载有密切关系当初级线圈电流 I1 增加时， 1 也增加，并且 1 增加部分正好补充了被 2 所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变，从而达到新的平衡，即 在次级U1U2 n1n2线圈空载和接有负载时都是成立的！为了更简单地说明变压器原理，我们可以将变压器的两个线圈看成两个电源，初级线圈是正在充电的电源，而次级线圈是向外供电的电源由全电路欧姆定律可得：初级线圈上 U1E 1I 1Zx1(Zx1为初级线圈的阻抗)，次级线圈上 E2U 2 I2Zx2
5、(Zx2 为次级线圈的阻抗)当次级线圈空载时，初级线圈上的感应电动势 E1 几乎等于所加电压 U1，故 I1 很小；当次级线圈上电流 I2 增大时，E 1 会减小，I1 便随之增大了总之，变压器空载时初级线圈的电流并不等于零但非常小，空载电流主要用于产生铁芯中的磁场和相应的损耗(“铜损”和“铁损”)一、单项选择题1一台理想变压器的原线圈匝数为 100 匝，副线圈匝数为 1 200匝，在原线圈两端接有一电动势为 10 V 的电池组，则在副线圈两端的输出电压为(A)A0 V B1.2 VC120 V D小于 120 V来源:Z+xx+k.Com解析：原线圈中无变化磁通2将输入电压为 220 V，输
6、出电压为 6 V 的变压器改装成输出电压为 24 V 的变压器已知副线圈原来的匝数为 36 匝，现不改原线圈的匝数，则副线圈应增绕的匝数为(B)A144 匝 B108 匝C180 匝 D5 40 匝解析：由 有 ，U1U2 n1n2 2206 n136 ，22024 n1n2解得 n2144 ，所以 应 增加的匝数n2n 236108(匝)3如图所示，一理想变压器原线圈匝数 n11 000 匝，副线圈匝数 n2200 匝原线圈中接一交变电源，交变电源电压u220 sin 100t (V) 副线圈接一电动机，电阻 11 .电流表 A22示数为 1 A电表对电路的影响不计，则(C )A此交流电的频
7、率为 100 HzB电压表示数为 220 V2C电流表 A1 示数为 0.2 AD此电动机输出功率为 30 W解析：由 2f 得交流电频率为 50 Hz，A 错；电压表、电流表测量所得的是交流电的有效值，故电表示数为 220 V，B 错；由 I1I2可知 I1I 2 0.2 A，C 对；由 P 出 P 入 P 热 U 1I1I R33 n2n1 n2n1 2W，故 D 错4用一理想变压器向一负载 R 供电，如下图所示，当增大负载电阻 R 时，原线圈中电流 I1 和副线圈中电流 I2 之间的关系是(C )来源: 学科网AI 2 增大，I 1 也增大B I2 增大， I1 减小CI 2 减小，I
8、1 也减小DI 2 减小，I 1 增大解析：原线圈电压、匝数比不变，输出电压不变，则负载电阻 R增大，I 2变小，I 1也变小二、多项选择题5如图所示，甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，以下说法正确的是(BC)A线圈匝数 N1N 2，N 3N 4B线圈匝数 N1N 2，N 3N 4C甲图中的电表是电压表，乙图中的电表是电流表D甲图中的电表是电流表，乙图中的电表是电压表6如图中理想变压器原、副线圈匝数之比 n1n 241，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻 R 相连组成闭合回路当直导线 AB 在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，电流表的读数是 12 mA，那么的读数为(AD)
9、A0 B3 mAC48 mA D与 R 值大小无关解析：直导线 AB 匀速运 动，原 线圈接的恒定 电源，铁芯中无变化磁通，故副线圈无电压、电流7如图甲，一理想变压器原、副线圈匝数比 n1n 2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压 u 随时间 t 的变化规律如图乙所示，副线圈仅接入一个 10 的电阻则( AC)A变压器的输入电压最大值是 220 V2B正弦交变电流的周期是 1103 sC变压器的输入功率是 1103 WD电压表的示数是 100 V2解析：由图乙可知，输入电压最大值为 220 V，有效值为 220 2V，周期为 2102 s，故 A 项正确，B 项错误 ；根据变压器原、副线
10、圈电压关系得输出电压有 效值为 U2100 V，则电压表的示数为 100 V，D 项错误；变压器的输入功 率为 P 1 000 W，C 项正确8(2014淮安模拟) 如图所示，50 匝矩形闭合导线框 ABCD 处于磁感应强度大小为 B T 的水平匀强磁场中，线框面积 S0.5 210m2，线框电阻不计线框绕垂直于磁场的轴 OO以角速度 200 rad/s 匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220 V 60 W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为 10 A，下列说法正确的是(CD )来源:学#科#网 Z#X#X#KA图示位置穿过线框的磁通量为零B线框中产生交变电压
11、的有效值为 500 V2C变压器原、副线圈匝数之比为 2511D允许变压器输出的最大功率为 5 000 W解析：图示位置为中性面，穿过线框的磁通量为最大，A 项错误；线框中产生的交变电压的最大值为 EmaxNBS500 V，其有效2值应为 U 500 V，B 项错误；副线圈接入一只“220 V 60 W”Emax2灯泡，且灯泡正常发光，故副线圈的电压为 220 V，根据原、副线圈的电压比等于匝数比，得原、副线圈匝数比为 2511，C 项正确；熔断器允许通过的最大电流为 10 A，即原线圈上的最大功率 为 5 000 W，根据能量守恒定律知，允许变压器输出的最大功率为 5 000 W，故 D项正
12、确9(2014山东卷) 如图，将额定电压为 60 V 的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上闭合开关 S 后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为 220 V 和 2.2 A以下判断正确的是(BD)A变压器输入功率为 484 WB通过原线圈的电流的有效值为 0.6 AC通过副线圈的电流的最大值为 2.2 AD变压器原、副线圈的电流匝数比 n1n 2113解析：本题考查理想变压器，难度较小闭合开关 S 后，用电器正常工作，说明变压器副 线圈输出电压有效值 U260 V，电流表的示数表示副线圈输出电流有效值为 I22.2 A电压表的示数表示原线圈输入电压的有效值
13、 U1220 V，因此， .则通过原线n1n2 22060 113圈的电流有效值为 I1 I20.6 A由能量守恒定律可知，变压器原n2n1线圈输入电功率等于用电器的电功率 PUI 132 W选项 AC 错误，BD 正确三、非选择题(按题目要求作答解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)10如下图所示，某理想变压器有一个原线圈 ，匝数 n11 320 匝，接 220 V 交流电路上另有两个副线圈，甲线圈匝数n2 30 匝，线圈中电流为 I21.2 A；乙线圈两端电压 U310 V，电流为 I30.5 A求：(1)乙线圈的匝数 n3 和甲线圈两端的电压 U2
14、；(2)原线圈中的电流 I1.解析：由 ，得到 U25 VU1U2 n1n2再由 ，n360 匝U1U3 n1n3由理想变压器的 P 入 P 出即 I1U1I 2U2I 3U3得到 I1 0.05 A.120答案：(1)60 匝 5 V (2)0.05 A11如图，某理想变压器原线圈输入电功率为 P0，原、副线圈的匝数比为 n，在其副线圈上接一线圈电阻为 r 的电动机现在，电动机正以速度 v 匀速向上提升一质量为 m 的重物，已知重力加速度为 g，不计电动机转轴间的摩擦等损耗，求变压器原线圈两端的电压为多少？解析：电动机的输出功率 P 机 mgv设副线圈回路的电流为 I2，则：P 0P 机 I
15、 r2副线圈两端的电压 U2P0I2原线圈两端的电压 U1nU 2解上面各式得 U1nP 0 .rP0 mgv答案：见解析12如下图所示，理想变压器 B 的原线圈跟副线圈的匝数比n1 n221，交流电源电压 U1220 V， F 为熔断电流 I01.0 A的保险丝，负载为一可变电阻(1)当电阻 R100 时，保险丝能否被熔断？(2)要使 保险丝不被熔断，电阻 R 的阻值最小值为多少？变压器输出的电功率不能超过多少？解析：(1) 由 得到 U2110 VU1U2 n1n2由欧姆定律得：I 21.1 A再由 得到 I10.55 A 故保险丝不能熔断I1I2 n2n1(2)理想 变压 器的 P 入 P 出 220 V1.0 A220 W，P 出 220 W 得到 R55 .答案：(1) 不能 (2)55 220 W
