人教版高中物理--变压器

1、2021/8/21第四节第四节 变压器变压器第五章第五章 交变电流交变电流2021/8/222021/8/23 但我们国家民用统一供电均为但我们国家民用统一供电均为220V220V，那么如何使这些额定电，那么如何使这些额定电压不是压不是220V220V的电器设备正常工作的呢？的电器设备正常工作的呢？ 2021/8/24一、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 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （绝缘（绝缘硅钢片叠合而成）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

2、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. .2021/8/253.3.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 n1n22021/8/26二、变压器的工作原理二、变压

3、器的工作原理 -互感现象互感现象 变压器通过闭合铁变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实芯，利用互感现象实现了电能（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副线圈电压副线圈电压U U2 2 ？2021/8/27闭合铁芯实现了电能闭合铁芯实现了电能-磁场能磁场能-电能的转换，电能的转换，

4、由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝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损失大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型理想化模型-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2021/8/28实验结论：原副线圈两端电压之比等于这两个线圈的匝数比。 V1V2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2021/8/29三、理想变压器的变压规律三、理想变压

5、器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应原、副线圈中产生的感应电动势分别是：电动势分别是：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 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

6、 U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 22021/8/210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 2U 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 22021/8/211四、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

7、于输入功率即即: : U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2I I 1 1/ / I 2 2= U= U2 2 / U U1 1= n= n2 2 / n n1 1P出出= P入入2021/8/2122.2.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 2 2= n= n2 2 / n n1 1变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的变压器工作时，高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈电流小，可用较细的导线绕制；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。线绕

8、制。 这也是判定高压线圈和低压线这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。圈的一种方法。此公式只适用于一个副线圈的变压器2021/8/213补充补充1 1、一个原线圈多个副线圈的理想变压器的电压、电流、一个原线圈多个副线圈的理想变压器的电压、电流关系关系2121nnUU3131nnUU3232nnUU（1 1）电压关系）电压关系（2 2）电流关系）电流关系根据P入=P出，I1U1=I2U2+I3U3I1n1=I2n2+I3n32021/8/214U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R2.2.输入输出电压、电流、功率大小之间的输入输出电压、电流、功率大小之间

9、的因果关系因果关系 1.输入功率输入功率P1由输出功率由输出功率P2决定；决定； P1P22.U1由电源决定；由电源决定；3.U2由由U1和匝数比决定；和匝数比决定； U2n2/n1U14.I2由由U2和负载决定；和负载决定； I2U2R5.I1由由I2和匝数比决定；和匝数比决定； I1n2/n1I22021/8/2153 3、互感器、互感器分类：电压互感器和电流互感器分类：电压互感器和电流互感器2021/8/216U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2 2I I2 2=n n2

10、2n n1 1I I1 1I I2 218018011 116060110011003636=n n2 2 P P2 2=n n1 1 U U2 2=3 3A A解：解：所以：所以：3 A例例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，接在电压在电压220V220V的交流电源上，当它对的交流电源上，当它对11 11只并联只并联的的“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 n2 2=_=_，通，通过原线圈的电流过原线圈的电流 I I1 1 =_ =_。20

11、21/8/217例例2.如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为为n1：n2=3：1，有四只相同的灯泡连入电路中，有四只相同的灯泡连入电路中，若灯泡若灯泡L2、L3、L4均能正常发光，则灯泡均能正常发光，则灯泡L1（ ）A、也能正常发光、也能正常发光B、较另三个灯暗些、较另三个灯暗些C、将会烧坏、将会烧坏D、不能确定、不能确定1n2n1L3L4L1U1L2A2021/8/218例例3.3.一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，匝，两个副线圈的匝数分别是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流分别为匝。若通过两个副线圈中的电流分别为I I2 21A1A，I I3 34A4A，求原线圈中的电流。，求原线圈中的电流。 解析：对于理想变压器，输入功率与输解析：对于理想变压器，输入功率与输出功率相等，则有出功率相等，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