变压器知识点教学案

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.变压器的原理把

2、两卜没有芋卷帕i的戋ffl冬&同一牛闭佥快芯上.一金圾ffiit到交总电磔的两瑶*另一个线连別小灯泡上彳图久4dh小灯泡可发尤吗？说出你妁14理”连接电路.挟i电瀑，右看探说的对不对.1. 实验现象?结果灯泡亮了。两个线圈并按上图所示连接好电路，接通电源，观察灯泡是否发光 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

3、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，如下图所示：铁芯3 .互感现象时变压器工作的基础。在原线圈上加交变电压 U，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

4、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1 .实验(1) 按图示电路连接电路(2) 原线圈接低压交流电源 6V,保持原线圈匝数ni不变，分别1取副线圈匝数 n2=丄n1, n1, 2用多用电表交流电压档分别2测出副线圈两端的电压，记入表格。L学生电源仍血OJ1(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n 1=丄n2, m,22 n 2,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。U = 6V实验次数123

5、456原线圈匝数n1n1n1n1n2n2n2副线圈匝数n21 n12n12 n11 n22n22 n 2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、畐y线圈两端的电压之比等于两个线圈的匝数之比。UiU2ni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。U1n1U 2n?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。 3 .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=戸入I1与I2有什么关系?若理想变压器只有一个副线圈，则

6、原副线圈中的电流据P出=712, P 入=UIl及P出=P入得:U212=UI 111I2=土U1n1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n2如果副线圈的电压高于原线圈的电压，这样的变压器叫升压变压器；升压变压器，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，I2110因为升压变压器，|2|1,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 就成了

7、一个降压变压器； 这种变压器结构简单，11-19 ,反之部分线圈 调节电压方便，如果让整个线圈作原线圈，则部分线圈就是副线圈， 作原线圈，整个线圈作副线圈，就成一个升压变压器, 广泛用作调压变压器。2.互感器互感器就是变压器，它经常用作交流电压表测高压、 因此又分为电压互感器和电流互感器两种，图及交流电流表测强电流时的配件，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 卫1，就可算出UuULu。图 11-20(b)为电n2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I 2,再根据变流比匹算出nin2511=匹|2。为了安全，互感器使

8、用时，外壳和副线圈必须接地。n1tb)111 LI - 30U1 _NiU2 N212 N1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，禾U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输入课堂巩固：【例11 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21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，U为a K加在原线圈两端的电压，I 1为原线圈中的电流，贝y()A. 保持U及P的位置不变，K由a合到b时，11将增大B.

9、保持U及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小3C. 保持D. 保持L不变，K合在a处，使P上滑，|1将增大P的位置不变，K合在a处，若U增大，11将增大如图所示，接于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 ： ns.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 线圈接在6V的电池上，则副线圈两端电压为A.36 VB.6 V C.1 V2. 当理想变压器副线圈空载时，畐y线圈的A.负载电阻为0B.输出电流为03. 理想变压器原、副线圈的电流为I正确的是 ()A. 12由11决定B. U与负载有关【例3】1、12,4.一台理想变

10、压器原、副线圈匝数比为交变电压时，下列说法正确的是A.副线圈两端电压为 12 J2 V660 匝，)D.0 V若原(C.两端电压为 电压为L、U,0功率为C.22 : 1 ,B. 副线圈接一 10 Q电阻时，原线圈中的电流为C. 副线圈接一 10 Q电阻时，原线圈中输入功率为P由P2决定当原线圈两端输入1 A10 WD.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值是220 J2 V川1用3D.输出功率为0P1、P2,关于它们的关系,D. U由L2决定Ui=22075 sin314 t V 的5. 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

11、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2 : 1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡和L4恰能正常工作，那么(A. L1和L2都能正常工作B.C.L1和L2中只有一个能正常工作 &如图所示，理想变压器的原、 原、畐y线圈的匝数比为 端的电压LB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=2 : 1

12、，交流电源电压 U=22O V , F为熔断电流为Io=1.O A的 保险丝，负载为一可变电阻.(1) 当电阻F=1OO Q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Ls)L1和L2都不能正常工作D.条件不足，无法判断 副线圈分别接有相同的白炽灯，n1 : n2=2 ： 1,电源电压为 U,求B灯两5例题及课后作业答案课堂巩固：例1 .B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2.答案：ABD点评：处理这类问题的关键是要

13、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，U由U和匝数比决定；I2由U和负载电阻决定；|1由I 2和匝数比决定例3.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I 1 = 12=1 3=I .设n1、n2、n3三个线圈两端的电压分别为：U、U、U，接在原线圈中灯泡两端的电压为UO,则有：11=口=土2231所以，也=2，即匹=U31设电源电压为U,则有 L=U)+Ui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=4UI所以 U=4U,即 5U31=?，即匕=331因此三个线圈的匝数比 ni :

14、 n2 ： n3=3 : 2 ： 1.对于有几点评：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， 个副线圈的理想变压器，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，U由U决定，I 1由I2决定，P由P2决定解析：原线圈两端的电压为=220 V,由变压器的变压比 U1 = 1得副线圈两端电压为U 2 啓L2=10 V,副线圈接一 10 Q电阻，副线圈中电流12=1 A，电功率 R=Ul2=10 W,原线圈输入功率也为10 W;

15、由变压器的变流比 X =匹得I 2“11|1 =丄 A，铁芯中磁通量的变化率最大值为22答案:=Em，由于具体的匝数未知，所以磁通量变化率的最大值未知1.所以正确答案是C.5 .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= , U增大为R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6 .解析：根据= L , p入=p出，即11 U=l 2“, 12= U-2得变压器原线圈中的电流U 2“2Rl =U2l2l 1 =U_U221 uTrU 2 2 U1“2 2 U1=(uf)于彳，即输入电流与n1、n2、U、R都有关系，

16、U不变,要减小11,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决定7 .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、|_4,每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流， 泡额定电流的两倍；根据原、副线圈的电流与匝数成反比， 中电流的二分之一，即恰好等于灯泡L1、L2的额定电流，答案：A点评：由电流和线圈匝数的关系分析。8.解析：由串联电路分压原理可知U=U+U由变压器原理可知：U : U=2 ： 1由欧姆定律可知：因此副线圈 中的电流等于一个灯可知原线圈中的电流等于副线圈从而判定：Li、L2都能正常发光.U=liRI 1 : I 2=1 ： 2UB=l2R联立式，得UB=- U5点评：原线圈上串有灯泡，灯泡与原线圈上电压的分配遵循串联电路的分压原理。9.解析：由=得副线圈两端的电压U 2 门2n21沙=竺11=丄 X 220 V=110 V m 2(1 )当R=100 Q时，副线圈中电流l 2=匕二110 A=1.10 AR 100由Ull = Ul2得原线圈中的电流为l 1 = Ul2=1 X 1.10 A=0