高中物理选修3-2人教版5.4变压器 (28张PPT)

(共28张PPT)
第4节《变压器》
物理选修3-2
第五章
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
复习提问
1、产生感应电动势条件是什么？
3、什么是互感现象？
2、法拉第电磁感应定律内容
2.示意图
一、变压器的构造
铁芯
原线圈
副线圈
3.电路图中符号
铁芯与线圈互相绝缘
n1
n2
1.构造：
（1）闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成）
（2）原线圈(初级线圈)
（3）副线圈(次级线圈)
n1
n2
问题：（1）变压器副线圈和原线圈电路是否相通？
（2）原线圈接交流电后，副线圈所接灯泡会亮吗？为什么？
铁芯与线圈互相绝缘
U1
U2
∽
n1
n2
∽
（3）若给原线圈接直流电压，副线圈的灯泡还会亮吗
？为什么？
变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能
→
磁场能
→
电能转化
(U1、I1)
(变化的磁场)
(
U2、I2)
二、变压器的工作原理
～
～
——互感现象
铁芯起到了能量转换的作用。
无磁损(漏磁)
无铜损
无铁损
理想变压器的特点：
理想变压器模型
——没有能量损失的变压器
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。
理想变压器也是物理学中一个理想化模型
I1
I2
n1
n2
U1
U2
原、副线圈中产生的感应电动势分别是：
E1=n1??/
?t
E2=n2??/
?t
E1/n1=
E2/n2
若不考虑原副线圈的内阻，
则
U1=E1；U2=E2
则：U1/U2=
n1/n2
三、理想变压器的变压规律：
1、n2
>n1
U2>U1——升压变压器
2、n2
U2
实验和理论分析都表明：理想变压器原副线圈的电压跟它们的匝数成正比
理想变压器输入功率等于输出功率
即:
U1I1=U2I2
P入=
P出
四、理想变压器的变流规律
理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比
此公式只适用于一个副线圈的变压器
如果理想变压器有多个副线圈，则：
五、几种常用的变压器
1、自耦变压器
特点：只有一个线圈，可升压，也可降压
2、调压变压器
特点：属于自耦变压器，但电压可连续调节
3、互感器
分类：电压互感器和电流互感器
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
U1
I1
I2
n1
n2
U2
R
六、输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系
1.输入功率P1由输出功率P2决定
P1＝P2
2.U1由电源决定
3.U2由U1和匝数比决定
U2＝n2/n1·U1
4.I2由U2和负载决定
I2＝U2／R
5.I1由I2和匝数比决定
I1＝n2/n1·I2
你能直接看出哪是高压线圈?
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；低压线圈匝数少而通过的电流大，应当用较粗的导线绕制。这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。
U1I1=U2I2
一、变压器的构造
1．示意图
2．电路图中符号
3．构造：
二、变压器的工作原理：
1、互感现象：原、副线圈中由于有交变电流而发生
的互相感应现象
2、能量转化：电能→磁场能→电能
3、理想变压器
P入＝P出
三、理想变压器的变压规律
U1/U2=n1/n2
四、理想变压器的变流规律：
I1/I2=n2/n1
五、常用变压器
小结：
1、一台理想变压器原线圈的匝数为4400匝,与220V的电源相连,当副线圈接入额定电压为36V的灯泡时,能够正常发光.则变压器副线圈的匝数为(
)
A、36匝
B、72匝
C、720匝
D、1440匝
C
课堂练习
2、一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在电压220V的交流电源上，当它对11只并联的“36V,60w”的灯泡供电时,灯泡正常发光.由此可知副线圈的匝数n2=_____，通过原线圈的电流
I1
=______。
180
3A
课堂练习
A
V
~
R1
R2
S
A.
U
增大、I
增大、PR1
增大
C.
U
减小、I
减小、PR1
减小
D.
U
不变、I
减小、PR1
不变
B.
U
不变、I
减小、PR1
增大
3、如图所示：理想变压器的原线圈接高电压，变压后接用电器，线路电阻不计。S原来闭合，且R1=R2，现将S断开，那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I
和用电器上R1的功率PR1将分别（
）
D
思考：变压器输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系
是怎样的？
课堂练习
4、理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=4:1,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,图中电流表A1的示数12mA,则电流表A2的示数为(
)
A．3mA
B．0
C．48mA
D．与负载R的值有关
B
课堂练习
5、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。
2.24A
课堂练习
6、如图所示：理想变压器的交流输入电压U1=220V，有两组副线圈，其中n2=36匝，标有“6V，9W”、“12V，12W”的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：
（1）原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数n3.
（2）原线圈的电流I1。
n3
n2
n1
（1）n1＝1320匝
n3
=
72匝
（2）I1=0.095A
课堂练习
7、如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1：n2=3：1，有四只相同的灯泡连入电路中，若灯泡L2、L3、L4均能正常发光，则灯泡L1
（
）
A、也能正常发光
B、较另三个灯暗些
C、将会烧坏
D、不能确定
n2
n1
L3
L4
L1
L2
A
课堂练习
8、在绕制变压器时，某学生用到了“日”型铁芯并将两个线圈绕在如图所示变压器左右两臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中部的臂，已知线圈的匝数之比n1:n2＝2：1.在不接负载的情况下，则（
）
A．当线圈1输入电压为220V时，
线圈2输出电压为110V
B．当线圈1输入电压为220V时，
线圈2输出电压为55V
C．当线圈2输入电压为110V时，
线圈1输出电压为220V
D．当线圈2输入电压为110V时，
线圈1输出电压为110V
BD
课堂练习
解析：当线圈1接220V的交流电压时，设穿过线圈1的磁通量为Ф，根据题意则穿过线圈2的磁通量为Ф／2.设线圈1、2的匝数分别为2n、n，则：
220＝2n·ΔФ／Δt
U2＝n·ΔФ／Δt×1／2
两式相比得U2＝55V
当线圈2接110V的交流电压时，设穿过线圈2的磁通量为Ф’，根据题意则穿过线圈1的磁通量为Ф’／2.
110＝n·ΔФ’／Δt
U1’＝2n·ΔФ’／Δt×1／2
两式相比得U1’＝110V
9.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．问：
（1）电路正常工作时，b线圈是没有电流的，原因是什么？
（2）如果站在地上的人不小心接触火线时，b线圈为什么会产生感应电流？
课堂练习
解析
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a侧有两个形状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联起来，220V交变电流在MNO、GRK与发电厂之间流过；铁芯的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈（图中未画出）并联，室内电路正常工作时，b线圈没有电流，J保持导通状态，当漏电时，b线圈便会产生感应电流，推动电磁继电器J切断用电器的电路，从而防止事故的发生．
答案
（1）电流互感器a侧两线圈完全相同，流过两线圈的电流大小相等，方向相反，它们产生的磁场相互抵消，b侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流．
（2）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电厂，a侧两线圈电流大小不等，产生“剩余电流”在铁芯中产生变化的“剩余磁通”，b侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流．