单元二模块二课题三变压器

1、变压器教教 学学 目目 标标 v（一）知识与技能v1知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。v2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。v（二）过程与方法v在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。v教学重点：探究变压比和匝数比的关系。v教学难点：探究变压比和匝数比的关系。v教学方法：实验探究法、阅读法、讲解法。v教学手段：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡变压器照明灯电压照明灯电压-220伏伏机床上照明灯机床上照明灯-36伏伏半导体收音机电源电压不超过半导体收音机电源电压不超过10伏伏大型发电机交流电压大型发

2、电机交流电压-几万伏几万伏远距离输电远距离输电-几十万伏几十万伏电视机显像管却需要电视机显像管却需要10000V以上电压以上电压交流便于改变电压，以适应各种不同的需要交流便于改变电压，以适应各种不同的需要变压器就是改变变压器就是改变交流交流电压的设备电压的设备几种常见的变压器一、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表示表示（3 3）副线圈（次级线）副线圈（次

3、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. .3.3.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 n1n2二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理 -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

4、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 ？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，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

5、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。 次数次数12345U1U2V1V2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三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律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：

6、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 U U2 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 U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 2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

7、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 2四、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

8、= n2 2 / n n1 1P出出= P入入2.2.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U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1

9、n n2 2U U2 2R R输入输出电压、电流、功率大小之间的因输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系果关系 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/n1I2【例【例1 1】理想变压器原、副线圈的匝数比】理想变压器原、副线圈的匝数比n n1 1:n :n2 24 4：1 1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线

10、时，图中电流表运动切割磁感线时，图中电流表A A1 1的示数的示数12mA12mA，则电流表则电流表A A2 2的示数为的示数为（ ）A A3mA B3mA B0 C0 C48mA D48mA D与负载与负载R R的值有关的值有关解析：变压器只能工作于交流电路，不能工作在恒定电流和恒定电压的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈n1中通过的是恒定电流，不能引起穿过线圈n2的磁通量变化，在副线圈n2上无感应电动势出现，所以A2中无电流通过。 【例【例2 2】一理想变压器，其原线圈】一理想变压器，其原线圈22002200匝，副匝，副线圈线圈440440匝，并接一个匝，并接一个100100的负载电

11、阻，如图的负载电阻，如图所示。所示。（1 1）当原线圈接在）当原线圈接在44V44V直流电源电源上时，电直流电源电源上时，电压表示数为压表示数为_V,_V,电流表示数为电流表示数为_A._A.（2 2）当原线圈接在）当原线圈接在220V220V交变电源上时，电压交变电源上时，电压表示数为表示数为_V_V，电流表示数为，电流表示数为_A,_A,此时输入功率为此时输入功率为_W._W.00440.4419.36U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2 2I I2 2=n n2 2n n1

12、 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练习练习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，接在电压接在电压220V220V的交流电源上，当它对的交流电源上，当它对11 11只并只并联的联的“36V36V，60w”60w”的灯泡供电时，灯泡正的灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知副线圈的匝数常发光。由此可知副线圈的匝数n n2 2=_=_，通过原线圈的电流通过原线圈的电流 I I1 1 =_ =_。练习练习2、如

13、图所示，一理想变压器原、副线圈的匝、如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为数比为n1：n2=3：1，有四只相同的灯泡连入电路，有四只相同的灯泡连入电路中，若灯泡中，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1n2n1L3L4L1U1L2A例例3.3.钳形电流表的外形和结构如图（钳形电流表的外形和结构如图（a a）所示。图（）所示。图（a a）中电）中电流表的读数为流表的读数为1.2A 1.2A 。图（。图（b b）中用同一电缆线绕了）中用同一电缆线绕了3

14、 3匝，则匝，则A.A.这种电流表能测直流电流，图（这种电流表能测直流电流，图（b b）的读数为）的读数为2.4A2.4AB.B.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数为0.4A0.4AC.C.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数为3.6A3.6AD.D.这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图 （b b）的读数为的读数为3.6A 3.6A 图（图（a）A铁铁芯芯图（图（b）C五、几种常用变压器五、几种常用变压器1. 1.自耦变压器自耦变压器U2U1ABPU1U

15、2n1n2升压变压器升压变压器n1n2U1U2降压变压器降压变压器问题：有没有只问题：有没有只用一组线圈来实用一组线圈来实现变压的变压器？现变压的变压器？ 自耦变压器的原副线圈共用一个线圈2.2.互感器互感器 A电流互感器电流互感器电压互感器电压互感器V 使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数 使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数例例4.4.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装漏电保护开关，如图所示是保护开关的电路原理简图漏电保护开关，如图所示是保护开关的电路原理简图 问：问：（1 1）电路正常工作时，）

16、电路正常工作时，b b线圈是没有电流的，原因是什么？线圈是没有电流的，原因是什么？（2 2）如果站在地上的人不小心接触火线时，）如果站在地上的人不小心接触火线时，b b线圈为什么线圈为什么会产生感应电流？会产生感应电流？解析解析 发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的a a侧有两个形侧有两个形状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联起来

17、，起来，220V220V交变电流在交变电流在MNOMNO、GRKGRK与发电厂之间流与发电厂之间流过；铁芯的过；铁芯的b b侧有另一个线圈与电磁继电器侧有另一个线圈与电磁继电器J J的线圈的线圈（图中未画出）并联，室内电路正常工作时，（图中未画出）并联，室内电路正常工作时，b b线圈没线圈没有电流，有电流，J J保持导通状态，当漏电时，保持导通状态，当漏电时，b b线圈便会产生线圈便会产生感应电流，推动电磁继电器感应电流，推动电磁继电器J J切断用电器的电路，从而切断用电器的电路，从而防止事故的发生防止事故的发生答案答案 （1 1）电流互感器）电流互感器a a侧两线圈完全相同，流过两侧两线圈完

18、全相同，流过两线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相互抵消，互抵消，b b侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流生感应电流（2 2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电厂，电厂，a a侧两线圈电流大小不等，产生侧两线圈电流大小不等，产生“剩余电流剩余电流”在铁芯中产生变化的在铁芯中产生变化的“剩余磁通剩余磁通”，b b侧线圈中磁通侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流量发生变化，线圈中产生感应电流例例6、如图所示：理想变压器的交流输入电压、如图所示：理想变压器的交流输入电压U1=220V，有两组副，有两组副线圈，其中线圈，其中n2=36匝，标有匝，标有“6V，9W”、“12V，12W”的灯泡分的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：别接在两副线圈上均正常发光，求：（1）原线圈的匝数为）原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数和另一副线圈的匝数n3.（2）原线圈的电流）原线圈的电流I1。n3n2n1解：（解：（1）由于两灯均正常发光，）由