97变压器

第四节变压器核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第四节课前自主学案目标概览目标概览学习目标：1.知道变压器的构造．2．理解变压器的工作原理．3．理解变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，能用它来分析解决基本问题．4．知道互感器的原理及用处．重点难点：1.变压器的工作原理．2．推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系．课前自主学案一、变压器原理1．变压器的构造：如图17－4－1所示，由________和绕在铁芯上的两个_______组成．图17－4－1闭合铁芯线圈2．互感现象在原、副线圈中由于有_________而发生的互相感应现象．3．变压器的原理_________是变压器工作的基础．电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流______、_______在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在原副线圈中产生___________．交变电流互感现象大小方向感应电动势二、理想变压器的基本关系式1．理想变压器：忽略原、副线圈的_______和各种__________损失的变压器．P入＝P出2．理想变压器的基本关系(3)电流关系：＝_________电阻电磁能量升压降压P入＝P出I1I2＝n2n1三、几种常用的变压器1．自耦变压器：特点是铁芯上只绕有_________，如调压变压器．降低电压：整个线圈作_________，副线圈只取线圈的一部分．升高电压：线圈的一部分作________，整个线圈作_________.2．互感器(1)电压互感器：用来把高电压变成低电压，它的原线圈_____在高压电路中，副线圈接入交流______．(2)电流互感器：用来把大电流变成小电流，它的原线圈_____在被测电路中，副线圈接入交流______．一个线圈原线圈原线圈副线圈并联电压表串联电流表核心要点突破一、正确理解变压器的变压原理1．在原线圈上接上电源，原线圈中就会有电流流过，就会在铁芯中产生磁场，由于铁芯的作用，在副线圈中产生磁通量．2．如果接入的是恒定电压，形成的也是恒定电流，产生的磁通量是不变的，这时原、副线圈中都没有电磁感应现象发生．3．如果接入的是变化的电压，则形成的电流也是变化的，产生的磁通量也将是变化的，这个变化的磁通量将在原、副线圈中同时引起电磁感应现象，产生感应电动势．根据法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt，同一铁芯中磁通量相同，变化率相同，即：ΔΦΔt相同，所以原、副线圈中的感应电动势之比为E1E2＝n1n2.对理想变压器，E1等于输入电压U1，E2等于输出电压U2，故U1U2＝n1n2.特别提醒：(1)变压器只能改变交流电压，若初级线圈加直流电压，则次级线圈输出电压为零．(2)交流电表的示数指示的均为有效值．二、变压器原、副线圈中的电流关系由于不计各种电磁能量的损失，输入功率等于输出功率，即P1＝P2.由变压器原理可知：无论副线圈有几个，任意两线圈间均有U1U2＝n1n2，即U1n1＝U2n2＝ΔΦΔt.1．对副线圈只有一个的变压器由U1I1＝U2I2U1U2＝n1n2⇒I1I2＝n2n12．对副线圈有多个的变压器由U1I1＝U2I2＋U3I3＋…U1n1＝U2n2＝U3n3＝…⇒n1I1＝n2I2＋n3I3＋…三、理想变压器原、副线圈各物理量间的制约关系当理想变压器的原副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，确定其他有关物理量的变化时，可依据下列原则判定(参考图17－4－2)：图17－4－21．输入电压U1决定输出电压U2.这是因为输出电压U2＝n2n1U1，当U1不变时，不论负载电阻R变化与否，U2都不会改变．2．输出电流I2决定输入电流I1.在输入电压U1一定的情况下，输出电压U2也被完全确定．当负载电阻R增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大．在使用变压器时，不能使变压器次级短路．3．输出功率P2决定输入功率P1.理想变压器的输出功率与输入功率相等，即P2＝P1.在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R增大时，I2减小，则变压器输出功率P2＝I2U2减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2＝I2U2增大，则输入功率P1也将增大．课堂互动讲练如图17－4－3所示，原、副线圈匝数比为2∶1的理想变压器正常工作时()图17－4－3对变压器原理的理解例1A．原、副线圈磁通量之比为2∶1B．原、副线圈电流之比为1∶2C．输入功率和输出功率之比为1∶1D．原、副线圈磁通量变化率之比为1∶1【解析】理想变压器原副线圈的磁通量总相等(无漏磁)，A错D对；输入功率总等于输出功率，C对；电流与匝数满足n1n2＝I2I1，B对．【答案】BCD【点评】对于“口”字形变压器，原、副线圈中磁通量变化率相等，因此每匝产生的电动势相等．对于其他形状的铁芯，要具体分析．变式训练1图17－4－4为某一变压器铁芯的示意图，已知原线圈匝数n1＝22匝，副线圈匝数n2＝6匝，原线圈ab两端输入交流电压u＝2202sinωtV，则副线圈cd端输出电压的有效值为()图17－4－4A．200VB．110VC．30VD．220V解析：选C.U1＝n1ΔΦΔt，U2＝n2·ΔΦΔt2.U1U2＝2n1n2，U2＝n22n1·U1＝62×22×220V＝30V.如图17－4－5所示，变压器初次级线圈匝数分别为n1＝1000匝，n2＝500匝，n3＝200匝，次级线圈n2、n3分别接一个电阻R＝55Ω的灯泡，初级线圈上接入U＝220V交流电，求：(1)两次级线圈输出电功率之比．(2)初级线圈中的电流．变压器基本公式的应用例2图17－4－5【解析】(1)由U1U2＝n1n2，U1U3＝n1n3所以U2＝U1n2n1＝U2，U3＝n3U1n1＝U5又由P＝U2R，P2∶P3＝U22∶U23＝25∶4.(2)I2＝U2R＝2A，I3＝U3R＝0.8A.因P入＝P出，知n1I1＝n2I2＋n3I3，解得I1＝1.16A.【答案】(1)25∶4(2)1.16A【点评】U1U2＝n1n2既适用于一个副线圈的变压器也适用于多个副线圈的变压器，而I1I2＝n2n1只适用于一个副线圈的变压器，对于多级副线圈工作的变压器求解的方法是：一定要从P入＝P出，P＝UI入手求解．变式训练2图17－4－6如图17－4－6所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()A．U＝110V，I＝0.2AB．U＝110V，I＝0.05AC．U＝1102V，I＝0.2AD．U＝1102V，I＝0.22A解析：选A.由于灯泡正常发光，故灯泡两端电压即副线圈两端电压为U2＝220V，通过灯泡的电流即副线圈中的电流为I2＝22220A＝0.1A．根据理想变压器电压关系U1∶U2＝n1∶n2，得U1＝110V，电流关系I1∶I2＝n2∶n1，得I1＝0.2A，则U＝U1＝110V，I＝I1＝0.2A．故选项A正确，选项B、C、D错误．图17－4－7中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头．现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止．用I1表示流过原线圈的电流，理想变压器各物理量的动态分析例3图17－4－7I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)．下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是()图17－4－8【自主解答】滑动头向上匀速滑动，副线圈匝数均匀增加与时间t成正比，由U1U2＝n1n2，得：U2＝n2U1n1，则U2与t也成正比，选项C正确；随着白炽灯变亮，其本身电阻也逐渐增大，灯泡的I－t图线斜率逐渐减小，B项正确；由于副线圈输出功率增大，原线圈的输入功率也增大，由P＝UI知，输入电流也要增大，故A错；灯泡消耗的功率N2＝U22R，所以N2与U2不成正比，即N－t图象不满足正比例函数关系，故D错．【答案】BC变式训练3图17－4－9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17－4－9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示数的比值变大D.V2示数不变，V1与V2示数的比值不变解析：选AD.由U1U2＝n1n2知，开关S闭合后，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，故选项C错误，选项D正确；开关S闭合后，副线圈闭合电路的总电阻R减小，由I2＝U2R知，I2变大，由I1I2＝n2n1知，A1示数变大，且A1与A2示数的比值不变，故选项A正确．