高中物理 第5章第4节《变压器》新人教版选修32.ppt

第4节变压器 交变电流 变压器与分压器的比较变压器和分压器都是用来改变电压的设备 在改变电压时 它们既有相同点也有区别 1 变压器的工作原理及用途如右图所示 变压器的工作原理是当原线圈中有交变电流时 在铁芯中便产生交变磁通量 而交变磁通量又会在副线圈中产生感应电动势 可见 变压器只能工作在交流电路中 且其电压比等于匝数比 同一个变压器既可以当升压变压器也可以当降压变压器使用 副线圈两端的电压可以比原线圈电压大 小或相等 应当注意的是需要把电压升高时 就得使用升压变压器 分压器是无能为力的 2 分压器的工作原理及用途分压器的工作原理是利用串联电路的分压原理 如右图所示 它是滑动变阻器的分压接法 既可应用于直流电路又可应用于交流电路 1 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的 一个线圈与交流电源连接 叫做 也叫 另一个线圈与负载连接 叫做 也叫 2 是变压器工作的基础 3 原 副线圈的电压之比 等于两个线圈的 公式为 4 的变压器叫做理想变压器 1 原线圈初级线圈副线圈次级线圈2 互感现象4 没有能量损失 一 变压器的构造和原理1 变压器的构造如下图所示为变压器的结构图 原线圈接电源 副线圈接负载 两个线圈都绕在叠合而成的硅钢片上 硅钢片都涂有绝缘漆 2 变压器的工作原理变压器的变压原理是电磁感应 当原线圈上加交流电压u1时 原线圈中就有交变电流 它在铁芯中产生周期性变化的磁通量 在原 副线圈中都要产生感应电动势 如果副线圈是闭合的 则副线圈中将产生交变的感应电流 它也在铁芯中产生交变磁通量 在原 副线圈中同样要引起感应电动势 由于这种互相感应的互感现象 原 副线圈间虽然不相连 电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈 其能量转换方式为 原线圈电能 磁场能 副线圈电能 注意 变压器是依据电磁感应工作的 因此只能工作在交流电路中 如果变压器接入直流电路 原线圈中的电流不变 在铁芯中不能引起磁通量的变化 没有互感现象出现 变压器起不到变压作用 二 理想变压器的规律1 理想变压器的特点 1 变压器铁芯内无漏磁 2 原 副线圈不计内阻 即不产生焦耳热 注意 因为理想变压器不计一切电磁能量损失 因此 理想变压器的输入功率等于输出功率 实际变压器 特别是大型变压器 一般都可以看成是理想变压器 2 电动势关系由于互感现象 没有漏磁 原 副线圈中每一匝线圈都具有相同的 根据法拉第电磁感应定律有 3 电压关系由于不计原 副线圈的电阻 因此原线圈两端的电压u1 e1 副线圈两端的电压u2 e2 4 功率关系 对于理想变压器 不考虑能量的损失p入 p出5 电流关系 由功率关系 当只有一副线圈时 i1u1 i2u2得i1n1 i2n2即当有多个副线圈时 i1u1 i2u2 i3u3 得i1n i2n2 i3n3 一台理想变压器 其原线圈2200匝 副线圈440匝 并接一个100 的负载电阻 如下图所示 1 当原线圈接在44v直流电源上时 电压表示数为 v 电流表示数为 a 2 当原线圈接在220v交流电源上时 电压表示数为 v 电流表示数为 a 此时输入功率为 w 变压器效率为 解析 1 原线圈接在直流电源上时 由于原线圈中的电流恒定 所以穿过原 副线圈的磁通量不发生变化 副线圈两端不产生感应电动势 故电压表示数为零 电流表示数也为零 变式迁移 2011年江苏常州 让匝数为100的闭合矩形线圈绕某垂直磁场的转动轴在匀强磁场中匀速转动时 线圈内可产生如图甲所示的交流电 两个相同的理想变压器原线圈串联后接在此交流电源上 如图乙所示 在两个副线圈中分别接上电阻r1和r2 通过两电阻的电流分别为i1和i2 两电阻上消耗的功率分别为p1和p2 r1和r2两端电压分别为u1和u2 则 解析 两个相同的变压器串联后 它们有两个铁芯 仍然是两个独立的变压器 只是说明原线圈中的电流是相同的 利用理想变压器的匝数比关系得in1 i1n2 in1 i2n2 所以i1 i2 i1 i2 1 1 u ir 则u1 u2 r1 r2 a对b错 根据p i2r可知 p1 p2 r1 r2 c对d错 本题正确答案为ac 答案 ac a i1 i2 1 1 u1 u2 r1 r2b i1 i2 r2 r1 u1 u2 1 1c p1 p2 r1 r2d p1 p2 1 1 三 几种常用的变压器1 自耦变压器特点 只有一个线圈 三个抽头 可升压 也可降压 2 调压变压器特点 属于自耦变压器 但电压可连续调节 3 互感器分类 电压互感器 如下图左 和电流互感器 如下图右 1 电压互感器 如上图左所示 原线圈并联在高压电路中 副线圈接电压表 互感器将高电压变为低电压 通过电压表测低电压 结合匝数比可计算出高压电路的电压 2 电流互感器 如上图右所示 原线圈串联在待测大电流电路中 副线圈接电流表 互感器将大电流变成小电流 通过电流表测出小电流 结合匝数比可计算出大电流电路的电流 注意 电压互感器是降压变压器 据 为什么电流互感器如下图甲所示的副绕组不允许安装保险丝 为什么电压互感器的副线圈 低压侧 乙图 要装保险丝 解析 用假设法判断 并结合电磁感应的知识分析 两种互感器的构造的区别 如果电流互感器在运行时副线圈断开 i2 0 则铁芯中的磁通量会急剧增加 因为原线圈中电流很大 在铁芯中产生的磁通量很大 正常运行时 i2 0 且n2 n1 所i1产生的磁通量大部分被i2所产生的磁通量所抵消 这将在副绕组两端感应出高压 可达103v以上 即使副绕组的一端接地 对人及仪表仍不安全 因此 电流互感器副绕组决不允许断路 当然不允许安装保险丝 电压互感器在运行时应严防短路 因短路时副线圈电路阻抗大大减小 会出现很大短路电流 使副线圈严重发热而烧毁 所以在电压互感器低压侧要装保险丝 1 汽油机做功冲程开始时 汽缸中的汽油 空气混合气要靠火花塞点燃 但是汽车蓄电池的电压只有12v 不能在火花塞中产生火花 为此设计了如下图所示的点火装置 这个装置的核心是一个变压器 它的初级线圈通过开关连到蓄电池上 次级线圈接到火花塞的两端 开关由机械进行自动控制 做功冲程开始时 开关由闭合变为断开 这样就能在火花塞中产生火花了 下列说法正确的是 基础巩固 a 该设计方案不可行 因为蓄电池提供的是直流 变压器不能改变直流电压b 该设计方案可行 因为变压器能将直流改变为交流c 该设计方案可行 因为通过变压器初级线圈的是变化的电流 可以通过变压器发生互感现象d 该变压器可以是升压变压器 也可以是降压变压器 解析 本题容易误选a 要注意的是 变压器只能改变交流的原因是如果在原线圈上接恒定电压 则线圈的磁通量保持不变 从而不能产生感应电动势 副线圈中也就没有输出电压了 在本装置中 开关的闭合 断开 导致电流不断的变化 从而使得磁通量不断变化 能够使变压器工作 答案 c 7 2010年山东卷 一理