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1、变压器变压器 1变压器的结构和特点 (1)结构：主要由闭合的铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上的线圈(绕组)组成。铁芯 由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。 (2)特点：原线圈与交流电源相连，副线圈与负载相连。 为什么变压器中的硅钢片不是用整个的？ 解析 ： 大块的导体在磁场中运动或处在变化的磁场中时，都要产生感应电动势，形成涡 流，造成较大的涡流损耗。为了减小涡流损耗，常将铁芯用许多铁磁导体薄片(例如硅钢片) 叠成，这些薄片表面涂有绝缘漆或绝缘的氧化物。由于这种薄片材料的电阻较大，这样就可 以显著地减小涡流损耗。 2变压器的工作原理及变压规律 (1)互感 交变电流通过原线圈时在铁芯中激发交变磁场，交
2、变磁场在副线圈中产生感应电动势， 当副线圈两端连接负载并闭合时，副线圈中有电流产生，它在铁芯中产生交变磁通量，这个 交变磁通量也穿过原线圈，在原线圈中产生互相感应的现象。 (2)工作原理 电磁感应是变压器的工作原理，即互感现象是变压器工作的基础。 (3)理想变压器电压、电流与匝数的关系 理想变压器特点铁芯无漏磁，原、副线圈无电阻 电压与匝数关系 U1 U2 n1 n2 电流与匝数关系 I1 I2 n2 n1 功率关系P1P2 为什么变压器不能变恒定电流？ 解析 ： 要产生感应电动势，磁通量必须发生变化。若原线圈中通以恒定电流，则在铁芯 中产生恒定的磁通量，副线圈中虽有磁通量通过，但磁通量不变化
3、，因此副线圈中不能产生 感应电动势，当然就不能变压了。 3常见变压器 (1)自耦变压器：只有 1 个绕组的变压器。 (2)自耦变压器分类 降压器：绕阻当原线圈接电源，绕组的一部分当副线圈接负载，如图甲所示； 升压器：绕组当副线圈接负载，绕组的一部分当原线圈接电源，如图乙所示。 如何区分变压器的两个线圈中哪一个是高压线圈，哪一个是低压线圈？ 解析：变压器中的高压线圈一般匝数多、电流小，导线较细；而低压线圈匝数少、电流 大，导线较粗。 1理想变压器 理想变压器是实际变压器的近似。理想变压器有三个特点： (1)铁芯封闭性好，无漏磁现象，即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量都一样，每 匝线圈中所产生感应
4、电动势相等。 (2)线圈绕组的电阻不计，无能损现象。 (3)铁芯中的电流不计，铁芯不发热，无能损现象。 2工作原理及电压关系 (1)原理 ： 由于原、副线圈的互感现象，穿过理想变压器原、副线圈的磁通量始终相同， 因而这两个线圈中每匝有相同的磁通量的变化率， 即在原、 副线圈上每匝产生的感应电动势 相等。 (2)电压关系 ： 原、 副线圈中产生的感应电动势E1、E2跟其匝数n1、n2成正比。E1n1， t E2n2，所以。 t E1 E2 n1 n2 由于线圈内阻不计，则原线圈两端电压U1E1，副线圈两端电压U2E2，于是有。 U1 U2 n1 n2 3理想变压器的基本关系 (1)输入功率等于输
5、出功率，即P入P出，U1I1U2I2。 (2)原、副线圈两端的电压跟匝数成正比，即。 U1 U2 n1 n2 (3)原、副线圈中的电流跟匝数成反比(仅限一个副线圈)，即。 I1 I2 n2 n1 (4)原、副线圈的交变电流的周期T和频率f相同。 典例 1 如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为 12； 副线圈电路中接有灯 泡，灯泡的额定电压为 220 V，额定功率为 22 W； 原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭 合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则( ) AU110 V，I0.2 A BU110 V，I0.05 A CU110 V，I0.2 A2 DU1
6、10 V，I0.2 A22 思路探究 解析 交流电压表、电流表测得的是交变电流的有效值，由灯泡正常发光可知，变 压器的输出电压为 220 V，而变压器的输入与输出电压之比等于原、副线圈的匝数比，故变 压器的输入电压为 110 V，电压表的示数为 110 V； 又因为变压器的输入功率等于输出功率， 因此可知变压器的输入电流为 0.2 A，A 正确。 答案 A 1如图所示，理想变压器原线圈与一 10 V 的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡 a和b。小灯泡a的额定功率为 0.3 W，正常发光时电阻为 30 。已知两灯泡均正常发光， 流 过原线圈的电流为 0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为_
7、。流过灯泡b的电流 为_ A。 解析 ： 根据P和PI2R得灯泡a两端的电压U2 V3 V，通过灯 U2 R PR0.3 30 泡a的电流Ia A0.1 A， 根据得原、 副线圈匝数之比， 根据 P R 0.3 30 U1 U2 n1 n2 n1 n2 U1 U2 10 3 I1 I2 ，得副线圈上的电流I2I10.09 A0.3 A，根据I2IaIb，得流过灯泡b的电 n2 n1 n1 n2 10 3 流为IbI2Ia0.2 A。 答案：103 0.2 1电压制约 输入电压U1决定输出电压U2。当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输出电压U2由 n1 n2 输入电压U1决定，即U2。 n2U1
8、 n1 2电流制约 输出电流I2决定输入电流I1。当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确 n1 n2 定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1。而变压器副线圈中 n2I2 n1 的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2。 P2 U2 3功率制约 输出功率P2决定输入功率P1。 变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2P负 1P 负 2，P2增大，P1增大；P2减小，P1减小；P2为零，P1为零。 典例 2 如图所示，为一理想变压器，S 为单刀双掷开关，P为滑动变阻器触头，U1 为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则以下说法错误的是( ) A保持U
9、1及P的位置不变，S 由a合到b时，I1将增大 B保持P的位置及U1不变，S 由b合到a时，R消耗的功率将减小 C保持U1不变，S 合在a处，使P上滑，I1将增大 D保持P的位置不变，S 合在a处，若U1增大，I1将增大 思路探究 解析 S 由a合到b时，n1减小， 由可知U2增大，P2，P2随之增大， 而P2P1， U1 U2 n1 n2 U2 2 R 又P1U1I1，从而I1增大，A 正确 ； S 由b合到a时，与上述情况相反，P2应减小，B 正确 ；P 上滑时，R增大，因P2，所以P2减小，又P1P2，P1U1I1，从而I1减小，C 错误；U1 U2 2 R 增大，由可知U2增大，所以P
10、2增大，因而I2增大，由，所以I1也增大，D 正确。 U1 U2 n1 n2 I1 I2 n2 n1 答案 C 总结提能 两类理想变压器各动态分析问题 应用各物理量之间的制约关系对理想变压器电路进行动态分析的常见情况有两种： (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分 析的顺序是RI2P2P1I1。 (2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈匝数比的变化而变化的情况，进行动态 分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1。 2多选(广东高考)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的 输入电压U1不变，闭合电键 S，下列说法正确的是( ) AP
11、向下滑动时，灯 L 变亮 BP向下滑动时，变压器的输出电压不变 CP向上滑动时，变压器的输入电流变小 DP向上滑动时，变压器的输出功率变大 解析 ： 选 BD 由于U1保持不变， 根据变压器的变压比可知， 副线圈的输出电压U2不变， B 正确；P向下滑动时，灯泡 L 两端的电压为U2，保持不变，灯泡的亮度不变，A 错误；P向 上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，副线圈电路的总电阻R总变小，根据P2可 U2 2 R总 知， 变压器的输出功率变大， 由P1U1I1P2可知， 变压器的输入电流增大， C 错误， D 正确。 物理模型 互 感 器 模型解读 类型 比较项目 电压互感器电流互感器 原
12、理图 原线圈的连接并联在高压电路中串联在待测高流电路中 副线圈的连接连接电压表连接电流表 互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流 利用的公式 U1 U2 n1 n2 I1n1I2n2 典例 如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1n21 0001，n3n41100，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( ) A2.2103 W B2.2102 W C2.2108 W D2.2104 W 解析 根据甲可得，高压输电线的送电电压UU甲220 kV； 根据乙可得，输送电 n1 n2 流II乙1 000 A； 所以高压输电线
13、的送电功率PUI220 kV1 000 A2.2108 W， C 正 n4 n3 确。 答案 C 点评 区别电压互感器和电流互感器的方法 变式训练 多选电流互感器和电压互感器如图所示， 其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数， a、 b 为两只交流电表，则( ) AA为电流互感器，且n1n2，a 是电流表 BA为电压互感器，且n1n2，a 是电压表 CB为电流互感器，且n3n4，b 是电流表 DB为电压互感器，且n3n4，b 是电压表 解析：选 AD 由图可知A为电流互感器，B为电压互感器，因此 a 是电流表，b 是电压 表，在A中，有I1n1I2n2，要把大电流变为小电流，有n2n1
14、；在B中，有，要把 U3 U4 n3 n4 高电压变成低电压，则有n3n4，综上可知，A、D 正确。 1对于理想变压器，下列说法错误的是( ) 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的变化而变化 D当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零 解析：选 D 理想变压器的输入电压不受输出电压、输出电流的限制，输入电流和输入 功率随输出电流和输出功率的增大而增大，当输出电流为零时，输入电流也为零，但输入电 压不为零，D 错误，A、B、C 正确。 2 如图所示， 理想变压器原、 副线圈的匝数比n1n241，
15、原线圈两端连接光滑导轨， 副线圈与电阻R相连组成闭合回路。当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁 感线运动时，安培表 A1的读数为 12 mA，那么安培表 A2的读数为( ) A0 B3 mA C48 mA D与R大小有关 解析：选 A 导线AB切割磁感线产生的感应电动势为E感Blv，由于B、l、v三个量 均不变，故感应电动势为一定值，原线圈中电流恒为 12 mA，变压器原、副线圈中无法发生 互感现象，副线圈输出电压应为零，故安培表 A2的读数为零，A 正确。 3(海南高考)理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈 串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两
16、端。已知三个灯泡均正常发光。该变压 器原、副线圈的匝数之比为( ) A12 B21 C23 D32 解析：选 B 三灯泡都正常工作，则电流相等，由此可知变压器的原、副线圈的电流比 ，对于单匝输入单匝输出的变压器，由于功率相等，P1P2，得，得 ，B 正 I1 I2 1 2 u1 u2 I2 I1 u1 u2 2 1 确。 4.(广东高考)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，V 和A 均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压u112sin 100t(V)。下列说法正确的是2 ( ) A电流频率为 100 Hz B.V 的读数为 24 V C.A 的读数为 0.5 A D变压器输入功率为 6 W 解析：选 D 由U112sin 100t(V)知，电压U112 V，频率f50 Hz，A 错误；由2 ，得U26 V，B 错误；I21 A，C 错误；P入P出U2I26 W，D 正确。 U1 U2 n1 n2 U2 RL 5.如图所示，加在理想变压器原线圈上的交变电压为 3 300 V，绕过铁芯的导线所接的 电压表的示数为 2 V，则原、副线圈的匝数比为_。 解析：设输入电压为U1、原线圈匝数为n1，输出电压为U2、副线圈匝数为n2，原、副 线圈电压比等于变压器的变压比，把数值代入得。 U1 U2 n1 n2 n1 n2 1 650 1 答案：1 6501