人教版高中物理--變壓器

1、2021/8/21第四節(jié)第四節(jié) 變壓器變壓器第五章第五章 交變電流交變電流2021/8/222021/8/23 但我們國家民用統(tǒng)一供電均為但我們國家民用統(tǒng)一供電均為220V220V，那么如何使這些額定電，那么如何使這些額定電壓不是壓不是220V220V的電器設(shè)備正常工作的呢？的電器設(shè)備正常工作的呢？ 2021/8/24一、變壓器的構(gòu)造一、變壓器的構(gòu)造1. 1.示意圖示意圖 U1U2 n1n2原原線線圈圈副副線線圈圈鐵鐵芯芯2.2.構(gòu)造：構(gòu)造：（1 1）閉合鐵芯）閉合鐵芯 （絕緣（絕緣硅鋼片疊合而成）硅鋼片疊合而成）（2 2）原線圈（初級(jí)線）原線圈（初級(jí)線圈）：其匝數(shù)用圈）：其匝數(shù)用n n1 1

2、表示表示（3 3）副線圈（次級(jí)線）副線圈（次級(jí)線圈）：其匝數(shù)用圈）：其匝數(shù)用n n2 2表示表示（4 4）輸入電壓：）輸入電壓：U U1 1; ; 輸出電壓：輸出電壓：U U2 2. .2021/8/253.3.電路圖中符號(hào)電路圖中符號(hào)n1n2問題：問題：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？ 變壓器原副線圈不相通，那么在給原線變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接圈接交變電壓交變電壓U U1 1后，副線圈電壓后，副線圈電壓U U2 2是怎是怎樣產(chǎn)生的？樣產(chǎn)生的？鐵芯與線圈互相絕緣鐵芯與線圈互相絕緣 U1U2 n1n22021/8/26二、變壓器的工作原理二、變壓

3、器的工作原理 -互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象 變壓器通過閉合鐵變壓器通過閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（現(xiàn)了電能（U U1 1、I I1 1）到磁場能（變化的磁到磁場能（變化的磁場）再到電能（場）再到電能（ U U2 2、I I2 2）轉(zhuǎn)化。）轉(zhuǎn)化。原原線線圈圈副副線線圈圈鐵芯鐵芯 U1U2n1n2互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有交變電交變電流流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。若給原線圈接若給原線圈接直流電壓，直流電壓，U副線圈電壓副線圈電壓U U2 2 ？2021/8/27閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能-磁場能磁場能-電能的轉(zhuǎn)換，電能的轉(zhuǎn)換，

4、由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕大部分通過鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過程中損失大部分通過鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過程中損失很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了一種很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了一種理想化模型理想化模型-理想變壓器理想變壓器。下面我們定下面我們定量分析理想量分析理想變壓器的變變壓器的變壓規(guī)律。壓規(guī)律。無磁損無磁損無銅損無銅損無鐵損無鐵損理理想想變變壓壓器器2021/8/28實(shí)驗(yàn)結(jié)論：原副線圈兩端電壓之比等于這兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。 V1V2研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究原副線圈兩端電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)2021/8/29三、理想變壓器的變壓規(guī)律三、理想變壓

5、器的變壓規(guī)律I1I2n1n2U1U2原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢分別是：電動(dòng)勢分別是：E E1 1=n=n1 1/ / t tE E2 2=n=n2 2/ / t tE1 1/n/n1 1= = E2 2/n/n2 2原線圈回路有：原線圈回路有：U U1 1 E E1 1=I=I1 1r r1 1 0 0則則U U1 1=E=E1 1副線圈回路有：副線圈回路有： E E2 2=U=U2 2 +I+I2 2r r2 2 UU2 2則則U U2 2=E=E2 2若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U U1 1=E=E1 1；U U2 2=E=E2 2則：則：U

6、 U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 22021/8/210理想變壓器原副線圈的理想變壓器原副線圈的端電壓之比端電壓之比等于等于這兩個(gè)線圈的這兩個(gè)線圈的匝數(shù)之比匝數(shù)之比n n2 2 n n1 1 U U2 2U U1 1 -升壓變壓器升壓變壓器n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -降壓變壓器降壓變壓器U U1 1/U/U2 2= n= n1 1/n/n2 22021/8/211四、理想變壓器的變流規(guī)律四、理想變壓器的變流規(guī)律問題：問題：原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？原副線圈的電流可能滿足何規(guī)律？1. 1.理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率理想變壓器輸出功率應(yīng)等

7、于輸入功率即即: : U U1 1I I1 1=U=U2 2I I2 2I I 1 1/ / I 2 2= U= U2 2 / U U1 1= n= n2 2 / n n1 1P出出= P入入2021/8/2122.2.理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比數(shù)成反比I I 1 1/ / I 2 2= n= n2 2 / n n1 1變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通過的變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線繞制。線繞

8、制。 這也是判定高壓線圈和低壓線這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。圈的一種方法。此公式只適用于一個(gè)副線圈的變壓器2021/8/213補(bǔ)充補(bǔ)充1 1、一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器的電壓、電流、一個(gè)原線圈多個(gè)副線圈的理想變壓器的電壓、電流關(guān)系關(guān)系2121nnUU3131nnUU3232nnUU（1 1）電壓關(guān)系）電壓關(guān)系（2 2）電流關(guān)系）電流關(guān)系根據(jù)P入=P出，I1U1=I2U2+I3U3I1n1=I2n2+I3n32021/8/214U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R2.2.輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的輸入輸出電壓、電流、功率大小之間

9、的因果關(guān)系因果關(guān)系 1.輸入功率輸入功率P1由輸出功率由輸出功率P2決定；決定； P1P22.U1由電源決定；由電源決定；3.U2由由U1和匝數(shù)比決定；和匝數(shù)比決定； U2n2/n1U14.I2由由U2和負(fù)載決定；和負(fù)載決定； I2U2R5.I1由由I2和匝數(shù)比決定；和匝數(shù)比決定； I1n2/n1I22021/8/2153 3、互感器、互感器分類：電壓互感器和電流互感器分類：電壓互感器和電流互感器2021/8/216U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2 2I I2 2=n n2

10、2n n1 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例例1. 1.一理想變壓器，原線圈匝數(shù)一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n n1 1=1100=1100，接，接在電壓在電壓220V220V的交流電源上，當(dāng)它對的交流電源上，當(dāng)它對11 11只并聯(lián)只并聯(lián)的的“36V36V，60w”60w”的燈泡供電時(shí)，燈泡正常的燈泡供電時(shí)，燈泡正常發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)發(fā)光。由此可知副線圈的匝數(shù)n n2 2=_=_，通，通過原線圈的電流過原線圈的電流 I I1 1 =_ =_。20

11、21/8/217例例2.如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比如圖所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為為n1：n2=3：1，有四只相同的燈泡連入電路中，有四只相同的燈泡連入電路中，若燈泡若燈泡L2、L3、L4均能正常發(fā)光，則燈泡均能正常發(fā)光，則燈泡L1（ ）A、也能正常發(fā)光、也能正常發(fā)光B、較另三個(gè)燈暗些、較另三個(gè)燈暗些C、將會(huì)燒壞、將會(huì)燒壞D、不能確定、不能確定1n2n1L3L4L1U1L2A2021/8/218例例3.3.一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)n n1 111001100匝，匝，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n n2 26060匝，匝，n n3 3600600匝。若通過兩個(gè)副線圈中的電流分別為匝。若通過兩個(gè)副線圈中的電流分別為I I2 21A1A，I I3 34A4A，求原線圈中的電流。，求原線圈中的電流。 解析：對于理想變壓器，輸入功率與輸解析：對于理想變壓器，輸入功率與輸出功率相等，則有出功率相等，則有I I1 1n n1 1I I2 2n n2 2I I3 3n n3 3I I1 1（I I2 2n n2 2I I3 3n n3