课件35张PPT。第4章——远距离输电第2讲 变压器目标定位
1.了解变压器的构造，理解变压器的工作原理.
2.理解变压器的变压规律和变流规律，并运用此规律解决实际问题.
3.了解自耦变压器的工作原理.一、变压器的结构
1.构造：主要由闭合的 和绕在铁芯上的两个或两个以上的 (绕组)组成.铁芯线圈2.物理量：(1)与电源相连的线圈叫 ，与负载相连的线圈叫 .
(2)原线圈两端的电压叫 ，用符号U1表示；副线圈两端的电压叫 ，用符号U2表示.
3.分类：按输出电压的升降，变压器分为 和 .原线圈或初级线圈副线圈或次级线圈输入电压输出电压升压变压器降压变压器二、变压器的工作原理
1.工作原理： 是变压器工作的基础.
2.理想变压器：在理想变压器中，通过原、副线圈的变化磁通量相同，在原、副线圈上每匝产生的 相同.互感现象感应电动势三、变压器电压与匝数的关系四、自耦变压器1.特点：是只有 绕组的变压器.1个2.作用：(1)这个绕组可以当做原线圈接电源，而绕组的一部分当做副线圈接负载，成为 变压器.
(2)可以将绕组的一部分当做原线圈接电源，而将整个绕组当做副线圈接负载，成为 变压器.降压升压想一想 1.把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈连接到交流电源的两端，另一个线圈连接到小灯泡上(如图1所示)，小灯泡能发光吗？为什么？图1答案 能.当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生周期性变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光.想一想 2.若把交流电源改为蓄电池，小灯泡发光吗？
答案 不发光.一、变压器“变压”的原理 电压与匝数的关系2.变压器的变压关系3.原、副线圈的地位
(1)原线圈在其所处回路中充当负载.
(2)副线圈在其所处回路中充当电源.
4.变压器不改变交流电的频率例1 关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是( )
A．通过正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变
B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都相等
C．穿过副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势
D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈BC二、理想变压器的功率关系和电流关系
1.理想变压器的特点
(1)变压器铁芯内无漏磁，无发热损失.
(2)原、副线圈不计内阻，即无能量损失.
2.理想变压器的功率关系
从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，P入＝P出.3.电流关系(2)当有多个副线圈时，由U1I1＝U2I2＋U3I3＋…，得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…
4.电压、电流、功率的制约关系
(1)电压制约：输入电压U1决定输出电压U2.
(2)功率制约：P出决定P入，这体现了能量守恒的特点.
(3)电流制约：输出电流I2决定输入电流I1.例3 如图3所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1∶n2∶n3＝10∶5∶1，其中n1接到220 V的交流电源上，n2和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路.已知通过电阻R3的电流I3＝2 A，电阻R2＝110 Ω，求通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1.图3解析 由变压器原、副线圈电压比等于其匝数比可得，加在R2上的电压根据输出功率等于输入功率得：U1I1＝U2I2＋U3I3
代入数据解得通过原线圈的电流为：I1＝0.7 A.答案 1 A 0.7 A三、几种常见的变压器
1.自耦变压器
如图4所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用.图42.电压互感器
(1)构造：小型降压变压器，如图5甲所示.
(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表，为了安全，外壳和副线圈应接地.
(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压.图53.电流互感器
(1)构造：小型升压变压器，如图乙所示.
(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表.为了安全，外壳和副线圈应接地.
(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流.例4 普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，如图6所示，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则( )
A.ab接MN、cd接PQ，Iab＜Icd
B.ab接MN、cd接PQ，Iab＞Icd
C.ab接PQ、cd接MN，Iab＜Icd
D.ab接PQ、cd接MN，Iab＞Icd图6解析 根据单一副线圈的理想变压器原理，电流比值等于匝数比的倒数，可得ab接MN、cd接PQ，Iab＞Icd，故B正确.
答案 B变压器原理分析
1．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )
A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1
B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等
C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1
D．正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1解析 对于理想变压器，认为无磁通量损失，因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同，磁通量的变化率相等，每匝线圈产生的感应电动势相等，电压与匝数成正比，故A、C错误，B正确；理想变压器没有能量损失，故输入功率等于输出功率，故D正确．
答案 BD理想变压器基本规律的应用
2.理想变压器正常工作时，原、副线圈中的电流为I1、I2，电压为U1、U2，功率为P1、P2，关于它们之间的关系，下列说法中正确的是( )
A.I1由I2决定 B.U2与负载有关
C.P1由P2决定 D.以上说法都不正确AC3. 如图7所示为一理想变压器，原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12 V,6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端.当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想电表)的示数分别是( )
A.120 V,0.10 A B.240 V,0.025 A
C.120 V,0.05 A D.240 V,0.05 A图7答案 D互感器的应用
4.如图8所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为( )
A.2.2×103 W
B.2.2×10－2 W
C.2.2×108 W
D.2.2×104 W图8解析 由电流互感器知电压输电线中电流I＝1 000 A，由电压互感器知电压U＝220×103 V，则高压输电线功率P＝UI＝2.2×108 W.
答案 C
一、选择题
1．可以将电压升高供给家用电灯的变压器是( )
解析：选C.根据变压器的原理，只能对交变电压升高(或降低)电压，根据变压器的变压规律，要将电压提高，原线圈的匝数应少于副线圈的匝数，B、D错误，A项中的电源为直流电源，不能变压，故选C.
2．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，以下说法中正确的是( )
A．穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1
B．穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等
C．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1
D．正常工作时，原、副线圈的输入、输出功率之比为10∶1
解析：选B．对理想变压器，无磁通量损漏，因而穿过两个线圈的交变磁通量相同，磁通量变化率相同，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，才有电压与匝数成正比．对于理想变压器，输入功率等于输出功率．正确选项只有 B．
3.一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示．然后将原来线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为( )
A．1 100,360 B．1 100,180
C．2 200,180 D．2 200,360
解析：选B．对新绕线圈的理想变压器，根据变压比公式得
n1＝＝＝1 100，同理，变压器烧坏前，n2＝＝＝180，B正确．
4.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶3，次级回路中联入三个均标有“36 V,40 W”的灯泡，且均正常发光，那么，标有“36 V,40 W”的灯泡A( )
A．正常发光 B．将被烧毁
C．比另三个灯暗 D．无法确定
解析：选A.副线圈两端的电压U2＝3U＝3×36 V＝108 V，由＝得，原线圈两端电压U1＝＝ V＝36 V，所以灯泡A能正常发光．
5．(多选)如图所示是一台理想自耦变压器，在a、b之间接正弦交流电，A、V分别为理想交流电流表和交流电压表．若将调压端的滑动头P向上移动，则( )
A．电压表V的示数变大 B．变压器的输出功率变小
C．电流表A的示数变小 D．电流表A的示数变大
解析：选BC.ab间为原线圈，当P向上移动时，原线圈匝数增多，原副线圈匝数比变大，由变压规律＝知，U1不变，U2变小，电压表V的示数变小，R不变，由P＝可知，变压器的输出功率变小，A错误、B正确，由U1I1＝U2I2可以知道，I1变小，C正确，D错误．
6.一理想变压器原副线圈的匝数比为n1∶n2＝1∶2，电源电压u＝220sin ωt V，原线圈电路中接入一熔断电流I0＝1 A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．440 Ω B．440 Ω
C．880 Ω D．880 Ω
解析：选C.当原线圈电流I1＝I0时，副线圈中的电流(即副线圈中电流的有效值)为
I2＝I1＝I0＝ A
副线圈的输出电压的有效值为
U2＝U1＝×＝440 V
因此副线圈电路中负载电阻的最小值为
Rmin＝＝880 Ω，故选项C正确．
7．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u＝20sin 100πt V，氖泡在两端电压达到100 V时开始发光，下列说法中正确的有( )
A．开关接通后，氖泡的发光频率为100 Hz
B．开关接通后，电压表的示数为100 V
C．开关断开后，电压表的示数不变
D．开关断开前后，变压器的输入功率不变
解析：选AC.由 ＝ 得，副线圈输出电压的最大值为U2＝＝ V＝100 V，一个周期内有两次电压大于100 V，故氖泡在一个周期内发光2次，而交变电压的周期T＝＝ s＝0.02 s，所以氖泡发光频率为f＝＝100 Hz，A正确．电压表示数为U2′＝＝ V＝100 V，B错误．开关断开后电压表示数不变，但输出功率变化，所以输入功率变化，C正确、D错误．
8．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示数的比值不变
D．V2示数变大，V1与V2示数的比值不变
解析：选A.交流电源有效值不变，即V1示数不变，因＝，故V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，C、D错误．S闭合使负载总电阻减小，I2＝，所以I2增大．因＝，所以A1示数增大，A1与A2示数比值不变，A正确B错误．
9．(多选)某临时供电系统是由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示．图中R0表示输电线的电阻，滑动触头P置于某处时，用户的用电器恰好正常工作．在下列情况下，要保证用电器仍能正常工作，则( )
A．当发电机输出的电压发生波动使V1示数小于正常值，用电器不变时，应使滑动触头P向上滑动
B．当发电机输出的电压发生波动使V1示数小于正常值，用电器不变时，应使滑动触头P向下滑动
C．如果V1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向上滑
D．如果V1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向下滑
解析：选AC.如果V1示数小于正常值，则副线圈电压也变小，用户得到的电压也变小，要让用户的用电器正常工作，则可以升高副线圈电压，根据＝知可以让n2大些，即触头P向上滑动，故A正确，B错误．如果V1示数不变，当用电器增加时，副线圈上并联阻值变小，总电流变大，R0上分得电压变大，而用户得到的电压变小，要让用户的用电器正常工作，可以提高副线圈电压，即触头向上滑，故C正确，D错误．
☆10.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是( )
A．输入电压u的表达式u＝20sin 50πt V
B．只断开S2后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大
D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W
解析：选D．由题图知，Um＝20 V，T＝0.02 s，则ω＝＝100π rad/s，输入电压u＝20sin 100πt V，故选项A错误；由变压器的变压规律知：＝，故U2＝＝ V＝4 V，由题中将S1接1，S2闭合时，灯泡L2正常发光可得，灯泡L2的额定电压为4 V，当只断开S2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为L1、L2串联，故L1、L2均不能正常发光，选项B错误；此时P出＝，副线圈负载R总增大，故P出减小，又P入＝P出，故原线圈的输入功率减小，选项C错误；当S1换接到2后，副线圈的负载仅是电阻R，故P＝＝ W＝0.8 W，选项D正确．
二、非选择题
11.如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U1＝3 300 V，副线圈的输出电压U2＝220 V，绕过铁芯的导线所接的电压表的示数U0＝2 V．则：
(1)原、副线圈的匝数分别为多少？
(2)当S断开时，A2的示数I2＝5 A，那么A1的示数为多少？
(3)当S闭合时，A2的示数如何变化？A1的示数如何变化？
解析：(1)根据变压比＝及＝可得
n1＝·n0＝×1＝1 650(匝)
n2＝·n0＝×1＝110(匝)．
(2)由理想变压器P入＝P出，得I1U1＝I2U2
故I1＝·I2＝×5 A＝0.33 A.
(3)开关S闭合时，负载增加，总电阻减小，副线圈的输出电压U2不变，I2＝，即I2增大，输出功率P出＝I2U2也增大．根据理想变压器P入＝P出，即I1U1＝I2U2，原线圈中的电流I1也随之增大，故电流表A2、A1的示数均变大．
答案：(1)1 650 110 (2)0.33 A (3)变大 变大
12．如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1 100匝．接入电压U1＝220 V的电路中．
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V、U3＝110 V，它们的匝数n2、n3分别为多少？
(2)若在两副线圈上分别接上“6 V,20 W”、“110 V,60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
解析：(1)根据原、副线圈间电压与匝数的关系：
由＝得n2＝·n1＝×1 100匝＝30匝
n3＝·n1＝×1 100匝＝550匝．
(2)设原线圈输入电流为I1，由P入＝P出得
U1I1＝U2I2＋U3I3＝P2＋P3
所以I1＝＝ A＝0.36 A.
答案：(1)30匝 550匝 (2)0.36 A
