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文檔簡介
4.變壓器用電器額定工作電壓用電器額定工作電壓隨身聽3V機(jī)床上的照明燈36V掃描儀12V防身器3000V手機(jī)充電器4.2V4.4V5.3V黑白電視機(jī)顯像管1~2萬伏錄音機(jī)6V9V12V彩色電視機(jī)顯像管3~4萬伏
在我們使用的各種用電器中,所需的電源電壓各不相同,而日常照明電路的電壓是220V,那么如何解決這一問題呢?生活中需要各種電壓需改變電壓,以適應(yīng)各種不同電壓的需要。變壓器變壓器就是改變交流電壓的設(shè)備形形色色的變壓器城鄉(xiāng)變壓器各式變壓器可拆式變壓器變電站的大型變壓器2.示意圖一、變壓器的構(gòu)造鐵芯原線圈副線圈3.電路圖中符號鐵芯與線圈互相絕緣n1n21.構(gòu)造:(1)閉合鐵芯
(絕緣硅鋼片疊合而成)(2)原線圈(初級線圈)(3)副線圈(次級線圈)思考與討論
把兩個沒有導(dǎo)線相連的線圈套在同一個閉合鐵芯上,一個線圈連到交流電源的兩端,另一個線圈連到小燈泡上。小燈泡可能發(fā)光嗎?說出你的道理。
變壓器通過閉合鐵芯,利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化:電能→磁場能→電能轉(zhuǎn)化(U1、I1)(變化的磁場)(U2、I2)二、變壓器的工作原理思考:若給原線圈接直流電壓U1,副線圈電壓U2?=0~~——互感現(xiàn)象故變壓器只有工作在交流電路中。(原線圈接的電流、電壓要變,才會有互感現(xiàn)象,變壓器才可以起到變壓作用。)思考:原、副線圈中的磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率有什么關(guān)系?因?yàn)樵本€圈共用一個閉合鐵芯,所以原副線圈中的磁通量,磁通量的變化量、磁通量的變化率都相同。三、變壓器的作用只改變I和U的大小,不改變T和f無磁損無銅損無鐵損理想變壓器的特點(diǎn):理想變壓器模型——沒有能量損失的變壓器
實(shí)際上變壓器的效率都是比較高的,特別是電力設(shè)備中的巨大變壓器,在滿負(fù)荷工作時效率可以達(dá)到97%~99%,所以理論研究時我們把它當(dāng)成100%(理想變壓器)是沒有問題的。
理想變壓器也是一個理想化模型。請根據(jù)互感原理推導(dǎo)變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系?!?、理想變壓器的變壓規(guī)律I1I2n1n2U1U2根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別是:E1=n1/tE2=n2/t若不考慮原副線圈的內(nèi)阻有
U1=E1
U2=E2
1、n2
>n1
U2>U1——升壓變壓器2、n2<n1
U2<U1——降壓變壓器注:此公式無論副線圈一端是空載還是有負(fù)載,都是適用的。理想變壓器原副線圈的電壓跟它們的匝數(shù)成正比【例1】:如圖,一臺理想變壓器,原線圈2200匝,副線圈440匝,并接一個100Ω的負(fù)載電阻若把原線圈接在220V交流電源上,則電壓表示數(shù)為____V,電流表示數(shù)為_____A440.44若上面接的是220V直流電源呢?電壓表示數(shù)____V,電流表示數(shù)_____A00AV【例2】理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2=4:1,當(dāng)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場中向左做勻速直線運(yùn)動切割磁感線時,圖中電流表A1的示數(shù)12mA,則電流表A2的示數(shù)為————()A.3mAB.0C.48mAD.與負(fù)載R的值有關(guān)解析:變壓器只能工作于交流電路,不能工作在恒定電流和恒定電壓的電路,導(dǎo)體棒向左勻速切割磁感線時,在線圈n1中通過的是恒定電流,不能引起穿過線圈n2的磁通量變化,在副線圈n2上無感應(yīng)電動勢出現(xiàn),所以A2中無電流通過。
B理想變壓器輸入功率等于輸出功率即:
U1I1=U2I2P入=P出五、理想變壓器的變流規(guī)律理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比此公式只適用于一個副線圈的變壓器變壓器工作時的制約關(guān)系1.電壓制約當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定時,輸出電壓U2由輸入電壓U1決定,即U2=n2U1/n1.2.電流制約當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比(n1/n2)一定,且輸入電壓U1確定時,原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定,即I1=n2I2/n1.3.負(fù)載制約(1)變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定,P2=P負(fù)1+P負(fù)2+…;(2)變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定,I2=P2/U2;(3)理想變壓器將電能由原線圈傳給副線圈時總是“量出為入”,即用戶消耗多少,原線圈就提供多少,因而輸出功率決定輸入功率,P1=P2;即變壓器的輸入功率是由輸出功率決定的.即時應(yīng)用
(即時突破,小試牛刀)2.對理想變壓器,下列說法中正確的是(
)A.原線圈的輸入功率,隨著副線圈的輸出功率增大而增大B.原線圈的輸入電流,隨副線圈的輸出電流增大而增大C.原線圈的電流,不隨副線圈的輸出電流變化而變化D.當(dāng)副線圈的電流為零時,原線圈的電壓也為零AB4.對理想變壓器進(jìn)行動態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變,分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況,進(jìn)行動態(tài)分析的順序是R→I2→P2→P1→I1.(2)負(fù)載電阻不變,分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況,進(jìn)行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.對變壓器原理的理解例1圖5-4-3BC
如圖5-4-5所示,一臺有兩個副線圈的變壓器,原線圈匝數(shù)n1=1100匝.接入電壓U1=220V的電路中.(1)要求在兩個副線圈上分別得到電壓U2=6V,U3=110V,它們的匝數(shù)n2,n3分別為多少?(2)若在兩副線圈上分別接上“6V20W”“110V60W”的兩個用電器,原線圈的輸入電流為多少?變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用例2圖5-4-5【思路點(diǎn)撥】解題時應(yīng)特別把握以下兩點(diǎn):(1)原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系.(2)根據(jù)原、副線圈的功率關(guān)系確定電流關(guān)系.【答案】
(1)30匝550匝(2)0.36A【規(guī)律總結(jié)】對于理想變壓器來說,變壓公式和輸入功率等于輸出功率是普通適用的規(guī)律,但對于有幾個副線圈的理想變壓器,電流公式就不能使用了.圖5-4-6C變壓器的動態(tài)分析例3(2010年高考天津卷)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系,將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上,副線圈連接相同的燈泡L1、L2,電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2,導(dǎo)線電阻不計,如圖5-4-7所示.當(dāng)開關(guān)S閉合后(
)圖5-4-7A.A1示數(shù)變大,A1與A2示數(shù)的比值不變B.A1示數(shù)變大,A1與A2示數(shù)的比值變大C.V2示數(shù)變小,V1與V2示數(shù)的比值變大D.V2示數(shù)不變,V1與V2示數(shù)的比值不變AD【規(guī)律總結(jié)】處理這類問題的關(guān)鍵是要分清變量與不變量,弄清理想變壓器中各量間的聯(lián)系和制約關(guān)系,在理想變壓器中,U2由U1和匝數(shù)比決定;I2由U2和負(fù)載電阻決定.I1由I2和匝數(shù)比決定.變式訓(xùn)練3
(2011年嘉興高二檢測)如圖5-4-8所示有一理想變壓器,原線圈接在電壓一定的正弦交流電源上,副線圈電路中接入電阻R1和光敏電阻R2,各交流電表的內(nèi)阻對電路的影響不計,當(dāng)有光照射電阻R2時,各電表的示數(shù)變化情況是(
)A.電流表A1示數(shù)變大
B.電流表A2示數(shù)變小C.電壓表V1示數(shù)變小
D.電壓表V1示數(shù)變大圖5-4-8A學(xué)以致用,知識延伸思考:交流電壓表有一定的量度范圍,它的絕緣能力也有限,不能直接測量過高的電壓。如何測量高壓線上的交流電壓?互感器
A電流互感器電壓互感器V
使用時把原線圈與電路并聯(lián),原線圈匝數(shù)多于副線圈匝數(shù)
使用時把原線圈與電路串聯(lián),原線圈匝數(shù)少于副線圈匝數(shù)例4.為了保證用電安全,家庭居室的室內(nèi)電路前端一般都安裝漏電保護(hù)開關(guān),如圖所示是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡圖.問:(1)電路正常工作時,b線圈是沒有電流的,原因是什么?(2)如果站在地上的人不小心接觸火線時,b線圈為什么會產(chǎn)生感應(yīng)電流?解析發(fā)電廠的零線是接地的,漏電保護(hù)開關(guān)有一個結(jié)構(gòu)和變壓器相似的電流互感器,其鐵芯的a側(cè)有兩個形狀、繞向和匝數(shù)都完全相同的線圈(圖中分別用實(shí)線和虛線表示),它們分別將用電器和火線、零線串聯(lián)起來,220V交變電流在MNO、GRK與發(fā)電廠之間流過;鐵芯的b側(cè)有另一個線圈與電磁繼電器J的線圈(圖中未畫出)并聯(lián),室內(nèi)電路正常工作時,b線圈沒有電流,J保持導(dǎo)通狀態(tài),
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