2023年第章 第节 变压器2.doc

第2节　变压器学 习 目 标知 识 脉 络1.了解变压器的构造及几种常见的变压器．2．理解变压器的工作原理及工作规律．(重点)3．理解理想变压器的原、副线圈中电压、电流与匝数的关系．(重点、难点)4．理解理想变压器原线圈的输入功率与副线圈的输出功率的关系．(重点、难点)变 压 器 的 结 构 和 原 理[先填空]1．变压器的结构(1)变压器：能升高电压或降低电压的设备称为变压器．(2)构造：①如图4－2－1甲所示，变压器主要由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成，其中铁芯由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成，线圈一般用高强度的漆包线绕制．在电路中，变压器的符号如图乙所示．　　　甲　　　 　　乙图4－2－1②原线圈：与电源相连的线圈，也叫初级线圈，其两端电压叫输入电压，用符号U1表示．副线圈：与负载相连的线圈，也叫次级线圈，其两端电压叫输出电压，用符号U2表示．(3)种类：变压器分为升压变压器和降压变压器两种．2．变压器的工作原理(1)工作原理：当原线圈两端加上交变电压时，就有交变电流通过原线圈，并在铁芯中产生交变的磁场，铁芯中就有变化的磁通量，这个变化的磁通量同样会穿过副线圈，并在副线圈两端产生感应电动势．(2)理想变压器：如果变压器在传输电能的过程中损失的能量很小，可以忽略不计，这种变压器就叫做理想变压器．[再判断]1．变压器是利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能转化．(√)2．变压器对恒定电流也能变压．(×)3．不计电能损耗的变压器为理想变压器．(√)[后思考]原、副线圈是否通过铁芯导通？【提示】　不是．都绕在同一绝缘铁芯上．[合作探讨]在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图4－2－2所示进行实验．图4－2－2探讨1：闭合电键后，灯泡是否发光？【提示】　因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光．探讨2：解释出现这种现象的原因．【提示】　原因是：恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也不发生变化，所以E＝n＝0.故副线圈中无感应电动势．[核心点击]1．理想变压器有什么特点 (1)没有漏磁，即通过原、副线圈的每一匝的磁通量都一样；(2)原、副线圈没有电阻，即忽略原副线圈中的焦耳热损耗(铜损)；(3)铁芯中无磁损耗，也不产生涡流；(4)原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于0.2．变压器的工作原理图4－2－3变压器的变压原理是电磁感应．如图4－2－3所示，当原线圈上加交流电压U1时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势．如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势．由于互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈．其能量转换方式为原线圈电能→磁场能→副线圈电能．1．(多选)理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有(　　)A．交流电的频率　　　　　 B．磁通量的变化率C．功率 D．交流电的峰值【解析】　理想变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B、C正确；变压器能改变交流电的峰值但不改变交流电频率，A正确、D错误．【答案】　ABC2．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　)A．通有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不相等C．穿过副线圈磁通量的变化使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【解析】　通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量Φ变化，A错误；因理想变压器无漏磁，原、副线圈的磁通量总相等，故B错误；由互感现象知C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈的电能，原、副线圈通过磁联系在一起，故D错误．【答案】　C3. 如图4－2－4所示为汽油机中点火装置的示意图，它使用的是12 V直流电源，在变压器的输出端却可得到高达10 000 V的高压，开关是自动控制的，欲使副线圈两端得到一个高压，应使(　　) 【导学号：05002094】A．开关总处于接通状态B．开关在接通时断开C．开关在断开时接通D．开关总处于断开状态图4－2－4【解析】　欲使副线圈两端得到一个高压，必须使变压器铁芯中的磁通量发生变化，即原线圈中的电流必须发生变化，只有在开关闭合、断开瞬间原线圈中电流才有变化，故选B、C.【答案】　BC对变压器的理解1．变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．2．变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的．3．变压器不能改变交变电流的频率．4．若直流电的电压是随时间变化的，也可以用变压器改变电压．5．原、副线圈的感抗均趋于无穷大，从而空载电流趋于零．理想变压器电压与匝数的关系及自耦变压器[先填空]1．电压与匝数的关系：＝.2．电流与匝数的关系：＝.3．自耦变压器(1)它只有一个线圈，这个线圈可以作为原线圈接电源，线圈的一部分作为副线圈接负载，成为降压变压器；也可以反过来使用，将线圈的一部分接电源，整个线圈接负载，成为升压变压器．自耦变压器的工作原理和一般双绕组变压器一样，原、副线圈两端的电压之比等于匝数比．(2)可调自耦变压器的最大优点是可以连续调节输出电压；缺点是低压端和高压端直接有电的联系，使用不够安全．[再判断]1．升压变压器的副线圈电压高、电流大．(×)2．对于两个副线圈的变压器，电压比仍与匝数成正比．(√)3．自耦变压器只有升压作用．(×)4．自耦变压器的优点是使用安全．(×)[后思考]升压变压器副线圈与原线圈相比，线圈匝数、电压、电流和粗细有何不同？【提示】　升压变压器副线圈匝数多、电压升高、电流降低、导线细．[合作探讨]实验仪器：学生电源(低压交流12 V)，可拆变压器，多用表(交流电压挡)，电路图如图4－2－5所示．图4－2－5实验过程：①保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈的电压U2的影响，n1＝200 匝，U1＝12 V.12345n2/匝10080605040U2/V5.94.73.52.92.3②保持副线圈的匝数n2和原线圈的电压U1不变时，改变原线圈的匝数n1，研究n1对副线圈电压U2的影响，n2＝40匝，U1＝12 V.12345n1/匝506080100120U2/ V9.57.95.94.73.9探讨1：变压器线圈两端的电压U1、U2与原、副线圈的匝数n1、n2的关系．【提示】　＝.探讨2：对于理想变压器，只有一组副线圈的情况下，原线圈和副线圈的电流跟它们的匝数的关系．【提示】　＝.因为P1＝P2，即I1U1＝I2U2，又＝，所以推导出＝.[核心点击]1．理想变压器的变压(变流)规律规律表示依据备注变压规律＝＝…E＝n适于一个原线圈及多个副线圈的情况功率关系P入＝P出能量守恒适于理想变压器变流规律＝U1I1＝U2I2适于一个原线圈一个副线圈n1I1＝n2I2＋n3I3＋…U1I1＝U2I2＋U3I3＋…适于一个原线圈，多个副线圈2.理想变压器各物理量间的制约关系对于一个给定的理想变压器，原、副线圈的匝数一定．(1)输入电压决定输出电压：由＝，得U2＝U1.当U1不变时，U2也不会变，与负载电阻R多大及是否变化无关．(2)输出功率决定输入功率：对理想变压器P出＝P入．(3)负载决定输出电流：当U1一定时，U2也一定，对副线圈有I2＝，所以当R变化时，I2也随之变化，即R变大，I2变小；R变小，I2变大．(4)输出电流决定输入电流：由n1I1＝n2I2得I1＝I2，所以当I2变化时，I1也随之变化．即I2变大，I1变大；I2变小，I1也变小．3．自耦变压器如图4－2－6所示为自耦变压器示意图，其特点是铁芯上只绕一个线圈．图甲中把整个线圈做为原线圈，取一部分做为副线圈，可以降低电压；图乙中把一部分做为原线圈，把整个线圈做为副线圈，可以升高电压．图4－2－64．对于理想变压器，下列说法中不正确的是(　　)A．原线圈的输入功率随着副线圈的输出功率增大而增大B．原线圈的输入电流随着副线圈的输出电流增大而增大C．原线圈的电压不随副线圈的输出电流变化而变化D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零【解析】　原线圈的电压决定副线圈的电压，即使副线圈开路也是如此，副线圈电压在开路时也不会为零；原线圈的电流由副线圈的电流决定，当副线圈电流为零(增大)时，原线圈电流也为零(增大)；输出功率决定输入功率，输出功率变大时，输入功率也变大，且二者总相等，故不正确的选项为D.【答案】　D5．机床上的照明电灯用的电压是36 V，是将220 V电压经变压器降压得到的．若电灯功率是40 W，可正常发光，则该变压器原、副线圈中的电流分别为A．5.5 A,0.9 A　　　 B．0.18 A,1.1 A C．5.5 A,1.1 A D．0.15 A,0.9 A【解析】　I2＝＝ A＝1.1 A又P1＝P2，则I1＝＝ A＝0.18 A，故B正确．【答案】　B6. 如图4－2－7所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V　 60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则【导学号：05002095】A．电流表的示数为 AB．电源输出功率为1 200 WC．电流表的示数为 AD．原线圈端电压为11 V图4－2－7【解析】　由灯泡正常发光，可知副线圈电压为220 V，由＝可知，原线圈电压U1＝20×220 V＝4 400 V，D错；又因输入功率等于输出功率，P1＝P2＝60 W，故B错；电流表读数为有效值，原线圈中电流I1＝＝ A＝ A，故A错，C正确．【答案】　C理想变压器的电压关系和电流关系1．理想变压器的电压关系对有一个或多个副线圈的情况都成立．2．电流关系只适用于有一个副线圈的情况，若有多个副线圈，则电流关系应根据功率关系P入＝P出求出．第 页。