3-2_变压器原理

3.2变压器的变压原理1.了解变压器的构造及工作原理.掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系.（重点）2.掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯36V扫描仪12V防身器3000V手机充电器4.2V4.4V5.3V黑白电视机显像管1~2万伏录音机6V9V12V彩色电视机显像管3~4万伏在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压变压器就是改变交流电压的设备城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器各式各样的变压器变压器的构造2.示意图、电路图中符号铁芯原线圈副线圈铁芯与线圈互相绝缘n1n21.构造：（1）闭合铁芯（2）原线圈(初级线圈)（3）副线圈(次级线圈)一、变压器的构造小灯泡可能发光吗？说出你的道理。～～二、变压器的工作原理——互感现象1、工作原理：由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势叫做互感。变压器不能改变直流电压变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能→磁场能→电能传输(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)互感现象变压器的工作原理——互感现象因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以原副线圈中的磁通量，磁通量的变化量、磁通量的变化率都相同。2、理想变压器模型——没有能量损失和漏磁现象的变压器无磁损无铜损无铁损理想变压器的特点：实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%～99%，所以理论研究时我们把它当成100%（理想变压器）是没有问题的。理想变压器也是一个理想化模型。器原、副线圈的电压与匝数的关系的推导～～I1I2n1n2U1U2根据法拉第电磁感应定律得：原、副线圈中产生的感应电动势分别是：若不考虑原副线圈的内阻：U1=E1U2=E21122UnUn1122EnEn1）n2n1U2U1——升压变压器2）n2n1U2U1——降压变压器原副线圈的电压比等于它们的匝数比1、变压规律：三、理想变压器规律的理论推导1122EnEntt即:U1I1=U2I2P入=P出122211IUnIUn理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比3、变流规律此公式只适用于一个副线圈的变压器I1I2n1n2U1U22、功率关系：频率关系:变压器不能改变交变电流的频率．理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率．当副线圈为断路时，输出功率为零，输入功率也一定为零．4、有多个副线圈的理想变压器的问题一个原线圈、多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为U1、U2和U3，相应的电流分别为I1、I2和I3，根据变压器的工作原理可得：11221UnUn11332UnUn12由（）（）式得：2233U(3)Unn＝PP入出根据＝得112233IUIUIU4＝＋（）134将（）（）式代入（）式得3211213111IU+nnIUIUnn112233+InInIn原线圈的安匝数等于有多个副线圈的安匝数之和n3n2n1作业75123P课本家庭作业、、题课本71页案例一个理想变压器，原线圈匝数为n1=1100匝，接在电压为220V的交流电源上。它对11盏并联的”36V、60W”的灯泡供电并使它们正常发光，则（1）变压器的副线圈匝数和原线圈中的电流是多少？（2）若关闭5盏灯，原线圈中的电流是多少？22111122(1)=UnnUnUnU解：由得：180匝12212211=3InnIIAInn由得：011660PPW2266055363PIAAU0(2)'6360PPW22'360'1036PIAAU1221221118''=11InnIIAInn由得：11660=A=3220或PIAU11'36018'=A=1.6422011PIAAU或案例2、一台理想变压器原线圈匝数n1＝1100匝，两个副线圈的匝数分别是n2＝60匝，n3＝600匝。若通过两个副线圈中的电流分别为I2＝1A，I3＝4A，求原线圈中的电流。2.24An1I1=n2I2+n3I3+……223311nInI601+6004IA2.24An1100n3n2n1四、几种常用变压器2.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1n2升压变压器n1n2U1U2降压变压器自耦变压器的原副线圈共用一个线圈1.电力变压器A电流互感器电压互感器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2、互感器钳式电流仪如何测量高压线上的交流电压即线路中的电流？112212()nUnUnn212211()nInInn2121100505nIImAAn例、利用如图的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶100，交流电流表A的示数是50mA，则()解析:交流电流表示数为副线圈中电流的有效值，即I2=50mA=0.05A，根据lm1I2I52A原线圈(被测电路)中电流的最大值CA.0.5AB.0.5AC.52AD.被路的流有效值被路的流平均值被路的流最大值原副圈中的流同到最大值测电电为测电电为测电电为线电时达作业754P课本家庭作业、5、6题2211nUUn1．电压制约五、变压器工作时的制约关系匝数比(n1/n2)、U1确定时，电流I1由输出电流I2决定匝数比(n1/n2)一定时，输出U2由输入U1决定2121nIIn2．电流制约:(1）P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；3．负载制约输入功率是由输出功率决定的．(2)I2由用户负载及电压U2确定，(3)“量出定入”，P1＝P2；222PIU＝(1)匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是：注意：①副线圈可看做给用户供电的无阻电源；②对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．4．动态分析的两种常见情况(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是：2211RIPPI.1222112nUIPPI.n对应练习对理想变压器，下列说法中正确的是()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，随副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电流，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AB对应练习、如图所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R2时，各电表的示数变化情况是()A．电流表A1示数变大B．电流表A2示数变小C．电压表V1示数变小D．电压表V1示数变大A22112121解：由得、、不变，故不变nUUnnUUn222减小,增大；UIRIR212211增大,增大；nIIIIn1、电网供电概念：将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来，形成全国性或地区性输电网络，这就是电网。2、电网供电优点：（1）减少发电设施的重复建设，降低运输成本（2）可保证发电和供电的安全可靠，方便调整供需平衡使电力供应更加可靠、质量更高。六、远程高压输电电路及计算P1=P2=PP损=I22RP=P3+P损P3=P42211nUUn4433nUUnU损=I2RU3=U2-U损电压关系功率关系电流关系2121nIIn4343nIInI2=I322PIU444PIU3、相关电路及计算：U1U2U3U4发电站升压变压器高压输电线路降压变压器用电单位4PP用11EUIr注意两个变压器，三个回路的特点11PIU11221125（）nUnU223109990损用损（）PIRWPPPW2221（）PIAU210损UIRV3229990损UUUIRV44331999022245nUUVVn用（4）=99.9%PP题型一．高压输电减小导线中电能损失的计算题型及解法题型二、对变压器原理的理解题型三、变压器基本规律的应用题型四、变压器的动态分析题型五．考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系例1、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻R。⑵若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？221PPRUU损计算可得输电电压:⑵输电线上损耗功率'22'40%202%PUPUPP损损'20=4.475=22.4UUKVKV50012000解；⑴由于输送功率为，一昼夜输送电能度PkWEPt'120004800720060%终点得到的电能度度度，效率。EPI100AU流:，输电线电480020024损损，EPkWkWt2PIR损又20R求得题型一．高压输电减小导线中电能损失的计算题型二、对变压器原理的理解及交变电流的特点认识例1、如图所示的理想变压器，原副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶2，U1＝2202sinωtV，n1＝1100匝，以下说法中正确的是()A．穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为1∶2B．穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等，均为0.22VC．原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等，均为0.2VD．原、副线圈电动势的瞬时值之比为1∶2BC练习1如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin314tV的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是()A．7.0VB．9.0VC．12.7VD．144.0VA11362mUUV21219nUUVn理想229UUV理想由于漏磁例2、如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1100匝．接入电压U1＝220V的电路中．(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6V，U3＝110V，它们的匝数n2，n3分别为多少？(2)若在两副线圈上分别接上“6V20W”“110V60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？解：(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系，题型三、变压器基本规律的应用(2)设原线圈输入电流为I1，由P入＝P出得：I1U1＝I2U2＋I3U3＝P2＋P3，n3＝U3U1n1＝110220×1100＝550(匝)．由U1U2＝n1n2得n2＝U2U1n1＝6220×1100＝30(匝)，I1＝P2＋P3U1＝20＋60220A≈0.36A.变式训练2一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝1∶2，电源电压u＝2202sinωtV，原线圈电路中接入一熔断电流I0＝1A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R，如图所示，为了使保险丝不致熔断，调节R时，其阻值最低不能小于()A．440ΩB．4402ΩC．880ΩD．8802ΩC解：当原线圈电流为I1＝I0＝1A时，副线圈中电流I2＝n1n2I1＝12A.原线圈两端电压为U1＝Um2＝220V.则副线圈两端电压为U2＝n2n1U1＝21×220＝440V.因此负载电阻的最小值为：Rmin＝U2I2＝880Ω.故C正确．题型四、变压器的动态分析例、为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭合后()A.A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B.A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C.V2示数变小，V1与V2示数的