1、1变压器知识点教学案北京 蔡雨翔 2013.04教学目标:1知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。2理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。教学过程:在实际应用中，常常需要改变交流的电压.大型发电机发出的交流，电压有几万伏，而远距离输电却需要高达几十万伏的电压。各种用电设备所需的电压也各不相同。电灯、电饭煲、洗衣机等家用电器需要 220 V 的电压，机床上的照明灯需要 36 V 的安全电压。一般半导体收音机的电源电压不超过 10 V，而电视机显像管却需要 10000 V 以上的高电压。交流便于改变电压，以适应各种不同需要。变压器就是改变交流电压的设备。一变压器的
2、原理1.实验现象按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光?结果灯泡亮了。两个线圈并没有直接接触，灯泡为什么亮了呢？这个实验说明了什么？原因：当一个线圈中同交变电流时，变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场在另一个线圈中激起感生电场，从而产生感生电动势，灯泡中有了感应电流，故灯泡发光。实验说明，通过互感现象，电源的能量可以从一个线圈传输给另一个线圈。2.变压器的构造变压器就是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈构成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈（初级线圈） ，另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（次级线圈） 。两个线圈都是绝缘导线绕制成的。铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。变压器的结构示意图和符号，
3、如下图所示：互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压 U1，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如副线圈是闭合的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁2芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中同样引起感应电动势。副线圈两端的电压就是这样产生的。所以，两个线圈并没有直接接触，通过互感现象，副线圈也能够输出电流。师：在输入电压一定时，原线圈、副线圈取不同的匝数，副线圈输出的电压也不一样，变压器由此得名。那么，变压器线圈两端的电压与匝数有何关系呢？二变压器线圈两端的电压与匝数的关系 实验（1）按图示电路连接电
4、路（2）原线圈接低压交流电源 6V，保持原线圈匝数 n1不变，分别取副线圈匝数 n2= 1n1， n1，2 n1，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。（3）原线圈接低压交流电源 6V，保持副线圈匝数 n2不变，分别取原线圈匝数n1= 2n2， n2，2 n2，用多用电表交流电压档分别测出副线圈两端的电压，记入表格。U16V实验次数 1 2 3 4 5 6原线圈匝数 n1 n1 n1 n1 n2 n2 n2副线圈匝数 n2 n1 n1 2 n1 n2 n2 2 n2副线圈输出电压 U2结论（4）总结实验现象，得出结论。2电压与匝数的关系原、副线圈两端的电压之比等于两个线圈的匝
5、数之比。电流通过变压器线圈是会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热。所以，变压器工作时存在能量损失。没有能量损失的变压器叫做理想变压器。 21nU，只适用于理想变压器。实际上变压器的工作效率都很高，在一般的计算中，可以把实际变压器视为理想变压器。电流与匝数的关系因为理想变压器没有能量损失，所以 P 出 =P 入若理想变压器只有一个副线圈，则原副线圈中的电流 I1与 I2有什么关系？据 P 出 =U2I2， P 入 =U1I1及 P 出 =P 入 得： U2I2=U1I1 122n上式是理想变压器只有一个副线圈时，原副线圈中的电流比公式。三升压变压器和降压变压器如果副线圈的电压高于原线圈的电压，
6、这样的变压器叫升压变压器；升压变压器，n2 n1 ；如果副线圈的电压低于原线圈的电压，这样的变压器叫降压变压器。那么两种变压器的匝数关系如何？降压变压器， n2 n1。升压变压器， I2I1。21n3因为升压变压器， I2I1，所以副线圈导线要比原线圈导线粗一些。四.自耦变压器，电压互感器和电流互感器1.自耦变压器自耦变压器的特点是铁芯上只有一组线圈，这个线圈有一个或几个抽头，如图 11-19，如果让整个线圈作原线圈，则部分线圈就是副线圈，就成了一个降压变压器；反之部分线圈作原线圈，整个线圈作副线圈，就成一个升压变压器，这种变压器结构简单，调节电压方便，广泛用作调压变压器。2.互感器互感器就是
7、变压器，它经常用作交流电压表测高压、及交流电流表测强电流时的配件，因此又分为电压互感器和电流互感器两种，图 11-20(a)为电压互感器工作原理，它将线路上高压 U1降压后，由电压表测出 U2，根据变压比 ，就可算出 U1= U2。图 11-20(b)为12nn电流互感器工作原理，它将线路上的强电流 I1变小后由电流表测出 I2，再根据变流比算出 I1= I2。为了安全，互感器使用时，外壳和副线圈必须接地。2n课堂总结：1变压器主 要由铁芯和线圈组成。2变压器可改变交变电的电压和电流，利用了原副线圈的互感现象。3理想变压器：没有能量损失的变压器，是理想化模型。有P 输出 =P 输入 21NU1
8、2NI课堂巩固：【例 1】一个正常工作的理想变压器的原副线圈中，下列的哪个物理量不一定相等 （ ）A交流的频率 B电流的有效值C电功率 D磁通量变化率【例 2】如图所示为一理想变压器，K 为单刀双掷开关， P 为滑动变阻器的滑动触头， U1为加在原线圈两端的电压， I1为原线圈中的电流，则 （ ）A保持 U1及 P 的位置不变，K 由 a 合到 b 时， I1将增大B保持 U1及 P 的位置不变，K 由 b 合到 a 时， R 消耗功率减小4C保持 U1不变，K 合在 a 处，使 P 上滑， I1将增大D保持 P 的位置不变，K 合在 a 处，若 U1增大， I1将增大【例 3】如图所示，接于
9、理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，求三个线圈的匝数比 n1 n2 n3.课后作业：1理想变压器的原线圈的匝数为 110 匝，副线圈匝数为 660 匝，若原线圈接在 6 V 的电池上，则副线圈两端电压为 （ ）A.36 V B.6 V C.1 V D.0 V2当理想变压器副线圈空载时，副线圈的 （ ）A.负载电阻为 0 B.输出电流为 0 C.两端电压为 0 D.输出功率为 03理想变压器原、副线圈的电流为 I1、 I2，电压为 U1、 U2，功率为 P1、 P2，关于它们的关系，正确的是 （ ）A.I2由 I1决定 B.U2与负载有关 C. P1由 P2决定 D.U1由 U2决定4
10、一台理想变压器原、副线圈匝数比为 221，当原线圈两端输入 u1=220 sin314t V的交变电压时，下列说法正确的是 （ ）A.副线圈两端电压为 12 2 VB.副线圈接一 10 电阻时，原线圈中的电流为 1 AC.副线圈接一 10 电阻时，原线圈中输入功率为 10 WD.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是 220 2 V5一理想变压器原线圈接交流、副线圈接电阻，下列哪些方法可使输入功率增加为原来的2 倍 （ ）A.次级线圈的匝数增加为原来的 2 倍 B.初级线圈的匝数增加为原来的 2 倍C.负载电阻变为原来的 2 倍 D.副线圈匝数和负载电阻均变为原来的 2 倍6用理想变压器给负载 R
11、 供电，下列哪些办法可以减小变压器原线圈中的电流 （ ）A增加原线圈的匝数 B增加副线圈的匝数C减小负载电阻 R 的数值 D增加负载电阻 R 的数值7在图所示的电路中，理想变压器的变压比为 21，四个灯泡完全相同，若已知灯泡 L3和 L4恰能正常工作，那么 （ ）A. L1和 L2都能正常工作 B. L1和 L2都不能正常工作C.L1和 L2中只有一个能正常工作 D.条件不足，无法判断8如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接有相同的白炽灯，原、副线圈的匝数比为 n1 n2=21，电源电压为 U，求 B灯两端的电压 UB为多少?9如图中所示，理想变压器 B 的原线圈跟副线圈的匝数比 n1 n2=
12、21，交流电源电压 U1=220 V， F 为熔断电流为 I0=1.0 A 的保险丝，负载为一可变电阻.（1）当电阻 R=100 时，保险丝能否被熔断?（2）要使保险丝不被熔断，电阻 R 的阻值应不小于多少?变压器输出的电功率不能超过多5例题及课后作业答案课堂巩固：例点评：变压器工作时，原副线圈电压和电流不一定相同，但对理想变压器来说，原副线圈一定相同的量有（1）电功率， （2）磁通量变化率， （3）交流的频率例答案：ABD 点评：处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中， U2由 U1和匝数比决定； I2由 U2和负载电阻决定； I1由
13、I2和匝数比决定例解析：由于四个规格相同的灯泡都正常发光，所以三个线圈中的电流均相同，即I1=I2=I3=I.设 n1、 n2、 n3三个线圈两端的电压分别为： U1、 U2、 U3，接在原线圈中灯泡两端的电压为U0，则有：U0=U3= 2， 所以， 123，即 32n设电源电压为 U，则有 U=U0+U1 根据理想变压器输入功率等于输出功率，则有：UI=U0I+U2I+U3I， 即 UI=4U3I 所以 U=4U3， U1=U-U0=3U3 即 13，即 31n因此三个线圈的匝数比 n1 n2 n3=321.点评：对理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是普遍适用的规律，对于有几个副
14、线圈的理想变压器，电流公式就不能使用了。课后作业：解析：因为电池是稳恒直流电源。答案：D 点评：从变压器的工作原理入手思考。答案：BD 点评：空载相当于负载电阻无穷大解析：答案：C 点评：对于一定的变压器来说， U2由 U1决定， I1由 I2决定， P1由 P2决定解析：原线圈两端的电压为 U1=220 V，由变压器的变压比 21= n得副线圈两端电压为 U2=10 V，副线圈接一 10 电阻，副线圈中电流 I2=1 A，电功率 P2=U2I2=10 W，原线圈输入功率也为 10 W；由变压器的变流比 12nI得 I1= A，铁芯中磁通量的变化率最大值为 1mnEt，由于具体的匝数未知，所以
15、磁通量变化率的最大值未知.所以正确答案是 C.答案：C解析：变压器的输入功率由输出功率决定，即 P 入 =P 出 ，输出功率 P 出 = RU2， U 增大为6原来的 2 倍，负载电阻也变为原来的 2 倍时， P 出 为原来 2 倍。答案：D 点评：输入功率由输出功率决定解析：根据 21nU， P 入 =P 出 ，即 I1U1=I2U2， I2= R得变压器原线圈中的电流 I1=RRI 121122 )()(，即输入电流与 n1、 n2、 U1、 R 都有关系， U1不变，要减小 I1，需增大 R 的阻值，或增加原线圈匝数 n1，或减小副线圈匝数 n2.答案：AD 点评：原线圈中电流由输出电流
16、决定解析：根据电流与线圈匝数的关系进行分析，由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡L3、 L4，每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈 中的电流等于一个灯泡额定电流的两倍；根据原、副线圈的电流与匝数成反比，可知原线圈中的电流等于副线圈中电流的二分之一，即恰好等于灯泡 L1、 L2的额定电流，从而判定： L1、 L2都能正常发光.答案：A 点评：由电流和线圈匝数的关系分析。解析：由串联电路分压原理可知 U=UA+U1 由变压器原理可知：U1 U2=21 I1 I2=12 由欧姆定律可知：UA=I1R UB=I2R 联立式，得 UB= 52U点评：原线圈上串有灯泡，灯泡与原线圈上电压的
17、分配遵循串联电路的分压原理。解析：由 21n得副线圈两端的电压 U2= 1nU1= 220 V=110 V（1）当 R=100 时，副线圈中电流 I2= 0R A=1.10 A由 U1I1=U2I2得原线圈中的电流为 I1= 2UI2= 1.10 A=0.55 A由于 I1 I0（熔断电流） ，故保险丝不会熔断.（2）设电阻 R 取某一值 R0时，原线圈中的电流 I1刚好到达熔断电流 I0，即 I1=0.1 A，则副线圈中的电流为 I2= 211nI1=21.0 A=2.0 A变阻器阻值为： R0= .2IU =55 此时变压器的输出功率为 P2=I2U2=2.0110 W=220 W可见，要使保险丝 F 不被熔断，电阻 R 的阻值不能小于 55 ，输出的电功率不能大于 220 W7点评：当保险丝中电流是 I0时，负载电阻应为允许最小的值。
