第4章 第2节　变压器

1、第2节变压器学 习 目 标知 识 脉 络1.了解变压器的构造及几种常见的变压器.2.理解变压器的工作原理及工作规律(重点)3.理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系(重点、难点)4.理解理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率的关系(重点、难点)自 主 预 习·探 新 知知识梳理一、变压器的结构和原理1变压器的结构(1)变压器：能升高电压或降低电压的设备称为变压器(2)构造：如图4­2­1甲所示，变压器主要由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成，其中铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制在电路中，变压器

2、的符号如图4­2­1乙所示甲乙图4­2­1原线圈：与电源相连的线圈，也叫初级线圈，其两端电压叫输入电压，用符号U1表示副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈，其两端电压叫输出电压，用符号U2表示(3)种类：变压器分为升压变压器和降压变压器两种2变压器的工作原理(1)工作原理：当原线圈两端加上交变电压时，就有交变电流通过原线圈，并在铁芯中产生交变的磁场，铁芯中就有变化的磁通量，这个变化的磁通量同样会穿过副线圈，并在副线圈两端产生感应电动势(2)理想变压器：如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫做理想变压器二、理想变压器电压

3、与匝数的关系及自耦变压器1电压与匝数的关系：.2电流与匝数的关系：.3自耦变压器(1)它只有一个线圈，这个线圈可以作为原线圈接电源，线圈的一部分作为副线圈接负载，成为降压变压器；也可以反过来使用，将线圈的一部分接电源，整个线圈接负载，成为升压变压器自耦变压器的工作原理和一般双绕组变压器一样，原、副线圈两端的电压之比等于匝数比(2)可调自耦变压器的最大优点是可以连续调节输出电压；缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全基础自测思考判断1变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化()2变压器对恒定电流也能变压(×)3不计电能损耗的变压器为理想变压器()4升压变压器的副线

4、圈电压高、电流大(×)5对于两个副线圈的变压器，电压比仍与匝数成正比()6自耦变压器只有升压作用(×)7自耦变压器的优点是使用安全(×)合作探究1变压器的铁芯为什么是闭合的，而且由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成？【提示】在变压器中采用闭合铁芯的目的是为了防止漏磁变压器的线圈中通过交变电流时，铁芯中将产生很大的涡电流，不仅损耗了大量的能量，甚至还可能烧毁这些设备为了减小涡电流及其损失，通常采用叠合起来的硅钢片代替整块铁芯，并使硅钢片平面与磁感应线平行一方面由于硅钢片本身的电阻率较大，另一方面各片之间涂有绝缘漆或附有天然的绝缘氧化层，把涡流限制在各薄片内，使涡流大为减小，

5、从而减少了电能的损耗2升压变压器副线圈与原线圈相比，线圈匝数、电压、电流和导线粗细有何不同？【提示】升压变压器副线圈匝数多、电压升高、电流降低、导线细合 作 探 究·攻 重 难变压器的结构和原理1.理想变压器有什么特点 (1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样；(2)原、副线圈没有电阻，即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损)；(3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流；(4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于0.2变压器的工作原理图4­2­2变压器的变压原理是电磁感应如图4­2­2所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交

6、变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，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(多选)关于变压器的构造和工作原理，以下说法正确的是()A原、副线圈缠绕在一个闭合铁芯上，是为了减少磁场能的损失，有效地传送电能B铁芯不用整块金属做成，是为了防止原、副线圈短路，造成危险C变压器不改变交流电的频率D当原线圈接入大小不断变化的直流电时，副线圈也有电压输出ACD闭合铁芯的导磁能力比真空或

7、空气强得多，当原、副线圈绕在同一闭合铁芯上时，原线圈产生的磁场几乎全部沿铁芯通过副线圈，漏到空气中的磁场很少，因此可以有效地将原线圈中的电能传递到副线圈中，故选项A正确；若用整块金属做铁芯，当通过它的磁通量发生变化时，就会在铁芯中产生感应电流，导致铁芯发热，烧坏变压器，同时大大降低了电能的传输效率，故选项B错误；对于正弦交流电，铁芯中磁通量的变化率等于原线圈中交变电流的变化率，在副线圈中，感应电动势正比于磁通量的变化率，因此感应电动势随着磁通量变化率的变化而变化，所以副线圈输出交流电的频率等于输入交流电的频率，所以选项C正确；由法拉第电磁感应定律知道，只要输入原线圈的电流发生变化，穿过副线圈的

8、磁通量就发生变化，在副线圈中就有感应电动势产生，故选项D正确对变压器的理解(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用(2)变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的(3)变压器不能改变交变电流的频率(4)若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压(5)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于零针对训练1.(多选)如图4­2­3是一个理想变压器的示意图，在它正常工作时关于其说法正确的是()A副线圈中的电动势是因为电磁感应而产生的B输送的电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能C输送的电能经变压器先转化为电场能，再转化为电能D输送的电能

9、经变压器的铁芯直接传输过去图4­2­3AB变压器的原理是原线圈的电流发生变化，从而引起副线圈中磁通量变化，产生电动势，故A正确；变压器电能的输送是电能经变压器先转化为磁场能，再转化为电能输送到副线圈电路中，故B正确，C、D错误2(多选)如图4­2­4所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使()【导学号：11452088】A开关总处于接通状态B开关在接通时断开C开关在断开时接通D开关总处于断开状态图4­2­4BC欲使

10、副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C.理想变压器与匝数的关系及自耦变压器1.理想变压器的变压(变流)规律规律表示依据备注变压规律En适于一个原线圈，多个副线圈的情况功率关系P入P出能量守恒适于理想变压器变流规律U1I1U2I2适于一个原线圈一个副线圈n1I1n2I2n3I3U1I1U2I2U3I3适于一个原线圈，多个副线圈2理想变压器各物理量间的制约关系对于一个给定的理想变压器，原、副线圈的匝数一定(1)输入电压决定输出电压：由，得U2U1.当U1不变时，U2也不会变，与负载电阻R多大

11、及是否变化无关(2)输出功率决定输入功率：对理想变压器P出P入(3)负载决定输出电流：当U1一定时，U2也一定，对副线圈有I2，所以当R变化时，I2也随之变化，即R变大，I2变小；R变小，I2变大(4)输出电流决定输入电流：由n1I1n2I2得I1I2，所以当I2变化时，I1也随之变化即I2变大，I1变大；I2变小，I1也变小3自耦变压器如图4­2­5所示为自耦变压器示意图，其特点是铁芯上只绕一个线圈图甲中把整个线圈做为原线圈，取一部分做为副线圈，可以降低电压；图乙中把一部分做为原线圈，把整个线圈做为副线圈，可以升高电压图4­2­5(多选)如图4

12、3;2­6所示，一理想变压器的原线圈匝数n11 100匝，副线圈匝数n2220匝交流电源的电压u220sin 100t V，电阻R44 ，电压表、电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是()图4­2­6A副线圈中交变电流的频率为50 HzB电压表的示数为44 VC电流表A1的示数为0.2 AD电流表A2的示数为1.4 A思路点拨：解答本题时应把握以下三点：交流电表测量的是交变电流的有效值；理想变压器不改变交变电流的频率；原、副线圈中的电压和电流的最大值、有效值都满足理想变压器的电压和电流关系ABC根据交流电源的电压u220sin 100t V可知，该交流电源的电

13、压的最大值为220 V，电压的有效值为220 V，频率为50 Hz.变压器可以改变交变电压和交变电流的大小，但不改变交变电流的频率，故副线圈中交变电流的频率为50 Hz，选项A正确；交流电表的读数为有效值，根据变压器原、副线圈的电压关系，得U244 V，即电压表的示数为44 V，选项B正确；由欧姆定律得I21 A，根据变压器原、副线圈的电流关系，得I10.2 A，即电流表A1的示数为0.2 A，A2的示数为1 A，选项C正确，D错误解决变压器问题的常用方法思路1电压思路：变压器原、副线圈的电压之比；当变压器有多个副线圈时.思路2功率思路：理想变压器的输入功率等于输出功率，P入P出，即P1P2；

14、当变压器有多个副线圈时P1P2P3.思路3电流思路：由I知，对只有一个副线圈的变压器有；当变压器有多个副线圈时n1I1n2I2n3I3.针对训练3机床上的照明电灯用的电压是36 V，是将220 V电压经变压器降压得到的若电灯功率是40 W，可正常发光，则该变压器原、副线圈中的电流分别为()A5.5 A,0.9 AB0.18 A,1.1 A C5.5 A,1.1 A D0.15 A,0.9 ABI2 A1.1 A又P1P2，则I1 A0.18 A，故B正确4如图4­2­7所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一

15、只，且灯泡正常发光，则()【导学号：11452089】图4­2­7A电流表的示数为 AB电源输出功率为1 200 WC电流表的示数为 AD原线圈端电压为11 VC由灯泡正常发光，可知副线圈电压为220 V，由可知，原线圈电压U120×220 V4 400 V，D错；又因输入功率等于输出功率，P1P260 W，故B错；电流表读数为有效值，原线圈中电流I1 A A，故A错，C正确当 堂 达 标·固 双 基1(多选)理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有()【导学号：11452090】A交流电的频率B磁通量的变化率C功率 D交流电的峰值ABC理想变压器没有

16、漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B、C正确；变压器能改变交流电的峰值但不改变交流电频率，A正确，D错误2如图4­2­8所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n241，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时，电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为()图4­2­8A3 mA B0C48 mA D与负载R的值有关B当导体棒做匀速直线运动切割磁感线时，在原线圈中产生恒定不变的电流，铁芯中产生的磁场是不变的，穿过副线圈的磁通量不变，不能在副线圈中产生感应电流3对于理想变压器，下列说法中不正确的是(

17、)A原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大B原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大C原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化D当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零D原线圈的电压决定副线圈的电压，即使副线圈开路也是如此，副线圈电压在开路时也不会为零；原线圈的电流由副线圈的电流决定，当副线圈电流为零(增大)时，原线圈电流也为零(增大)；输出功率决定输入功率，输出功率变大时，输入功率也变大，且二者总相等，故不正确的选项为D.4一台理想变压器，其原线圈为2 200匝，副线圈为440匝，并接一个100 的负载电阻R，如图4­2­9所示图4­2­9(1)当原线圈接在44 V直流电源