《变压器》PPT课件.ppt

1、 新课标人教版课件系列电工基础选修选修 3-23-2 5.4 变压器 教 学 目 标教 学 目 标（一）知识与技能（一）知识与技能1 知道变压器的构造，了解变压器的工作原理。2 理解理想变压器原、副线圈中电压与匝数的关系，能应用它分析解决有关问题。（二）过程与方法（二）过程与方法在探究变压比和匝数比的关系中培养学生运用物理理想化模型分析问题、解决问题的能力。（三）情感、态度与价值观（三）情感、态度与价值观1 使学生体会到能量守恒定律是普遍适用的。2 培养学生实事求是的科学态度。教学重点：教学重点：探究变压比和匝数比的关系。教学难点：教学难点：探究变压比和匝数比的关系。教学方法：教学方法：实验探

2、究法、阅读法、讲解法。教学手段：教学手段：学生电源、可拆变压器、交流电压表、交流电流表、灯泡 变压器 照明灯电压照明灯电压-220 伏伏机床上照明灯机床上照明灯-36 伏伏半导体收音机电源电压不超过半导体收音机电源电压不超过 10 伏伏大型发电机交流电压大型发电机交流电压-几万伏几万伏远距离输电远距离输电-几十万伏几十万伏电视机显像管却需要电视机显像管却需要 10000V 以上电压以上电压交流便于改变电压，以适应各种不同的需要交流便于改变电压，以适应各种不同的需要变压器就是改变变压器就是改变交流交流电压的设备电压的设备 几种常见的变压器 一、变压器的构造一、变压器的构造1.1.示意图示意图 U

3、1U2 n1n2原原线线圈圈副副线线圈圈铁铁芯芯2.2.构造：构造：（1 1）闭合铁芯（绝）闭合铁芯（绝缘硅钢片叠合而成）缘硅钢片叠合而成）（2 2）原线圈（初级）原线圈（初级线圈）：其匝数用线圈）：其匝数用 n n1 1表示表示（3 3）副线圈（次级线）副线圈（次级线圈）：其匝数用圈）：其匝数用 n n2 2表表示示（4 4）输入电压：）输入电压：U U1 1;输出电压：输出电压：U U2 2.3.3.电路图中符号电路图中符号n1n2问题：问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原副线圈不相通，那么在给原线变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接圈接交变

4、电压交变电压 U U1 1后，副线圈电压后，副线圈电压 U U2 2是是怎样产生的？怎样产生的？铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘 U1U2 n1n2 二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理-互感现象互感现象 变压器通过闭合铁变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实芯，利用互感现象实现了电能（现了电能（U U1 1、I I1 1）到磁场能（变化）到磁场能（变化的磁场）再到电能（的磁场）再到电能（U U2 2、I I2 2）转化。）转化。原原线线圈圈副副线线圈圈铁芯铁芯 U1U2n1n2互感现象：在原副线圈中由于有互感现象：在原副线圈中由于有交变电交变电流流而发生的互相感应现象。而发生的互相感应现

5、象。若给原线圈接若给原线圈接直流电压，直流电压，U 副线圈电压副线圈电压 U U2 2？闭合铁芯实现了电能闭合铁芯实现了电能-磁场能磁场能-电能的转电能的转换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便于研究，物理学中程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型引入了一种理想化模型-理想变压器理想变压器。下面我们定下面我们定量分析理想量分析理想变压器的变变压器的变压规律。压规律。无磁损无磁损无铜损无铜损无铁损无铁损理理想想变变压压器器 实验结论：原副线圈两端电压之比

6、等于这两个线圈的匝数比。U2U154321次数V1V2研究原副线圈两端电压关系的实验研究原副线圈两端电压关系的实验 三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律I1I2n1n2U1U2原、副线圈中产生的感应原、副线圈中产生的感应电动势分别是：电动势分别是：E E1 1=n=n1 1/t tE E2 2=n=n2 2/t tE1 1/n/n1 1=E2 2/n/n2 2原线圈回路有：原线圈回路有：U U1 1 E E1 1=I=I1 1r r1 1 0 0则则U U1 1=E=E1 1副线圈回路有：副线圈回路有：E E2 2=U=U2 2 +I+I2 2r r2 2 UU2 2则则U U2

7、2=E=E2 2若不考虑原副线圈的内阻，则若不考虑原副线圈的内阻，则 U U1 1=E=E1 1；U U2 2=E E2 2则：则：U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 2 理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的端电压之比端电压之比等于等于这两个线圈的这两个线圈的匝数之比匝数之比n n2 2 n n1 1 U U2 2U U1 1 -升压变压器升压变压器n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1 -降压变压器降压变压器U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 2 四、理想变压器的变流规律四、理想变压器的变流规律问题：问题：原副线圈的电流可能满足何规律？原副

8、线圈的电流可能满足何规律？1.1.理想变压器输出功率应等于输入功理想变压器输出功率应等于输入功率率即即: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 2.2.理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比数成反比I I 1 1/I 2 2=n=n2 2/n n1 1变压器工作时，高压线圈匝数多而通过变压器工作时，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，应当用较线圈匝数少而通过的电流大，应当用

9、较粗的导线绕制。这也是判定高压线圈和粗的导线绕制。这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法。低压线圈的一种方法。此公式只适用于一个副线圈的变压器 U U1 1I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U2 2R R输入输出电压、电流、功率大小之间的因输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系 果关系 1.输入功率输入功率 P1由输出功率由输出功率 P2决定；决定；P1 P22.U1由电源决定；由电源决定；3.U2由由 U1和匝数比决定；和匝数比决定；U2 n2/n1U14.I2由由 U2和负载决定；和负载决定；I2 U2 R5.I1由由 I2和匝数比决定；和匝数比决定；I1 n2/n1

10、I2 【例【例 1 1】理想变压器原、副线圈的匝数比】理想变压器原、副线圈的匝数比 n n1 1:n:n2 2 4 4：1 1，当导体棒在匀强磁场中向左做匀速，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，图中电流表直线运动切割磁感线时，图中电流表 A A1 1的示数的示数12mA12mA，则电流表，则电流表 A A2 2的示数为（）的示数为（）A A 3mA B3mA B 0 C0 C 48mA D48mA D 与负与负载载 R R 的值有关的值有关解析：变压器只能工作于交流电路，不能工作在恒定电流和恒定电压的电路，导体棒向左匀速切割磁感线时，在线圈 n1中通过的是恒定电流，不能引起穿

11、过线圈 n2的磁通量变化，在副线圈 n2上无感应电动势出现，所以 A2中无电流通过。【例【例 2 2】一理想变压器，其原线圈】一理想变压器，其原线圈 22002200 匝，匝，副线圈副线圈 440440 匝，并接一个匝，并接一个 100100 的负载电阻，的负载电阻，如图所示。如图所示。（1 1）当原线圈接在）当原线圈接在 44V44V 直流电源电源上时，直流电源电源上时，电压表示数为电压表示数为 _V,_V,电流表示数为电流表示数为 _A._A.（2 2）当原线圈接在）当原线圈接在 220V220V 交变电源上时，电交变电源上时，电压表示数为压表示数为 _V_V，电流表示数为，电流表示数为

12、_A,_A,此时输入功率为此时输入功率为 _W._W.00440.4419.36 U U1 1U U2 2=n n1 1n n2 22202203636=11001100n n2 2n n2 2=180180180U U2 2P P2 2I I2 2=n n2 2n n1 1I I1 1I I2 218018011601160110011003636=n n2 2 P P2 2=n n1 1 U U2 2=3 3A A解：解：所以：所以：3 A练习练习 1.1.一理想变压器，原线圈匝数一理想变压器，原线圈匝数 n n1 1=1100=1100，接在电压，接在电压 220V220V 的交流电源上

13、，当它对的交流电源上，当它对 11 11只并联的“只并联的“36V36V，60w”60w”的灯泡供电时，的灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知副线圈的匝数灯泡正常发光。由此可知副线圈的匝数 n n2 2=_=_，通过原线圈的电流，通过原线圈的电流 I I1 1=_=_。练习练习 2、如图所示，一理想变压器原、副线圈的、如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为匝数比为 n1：n2=3：1，有四只相同的灯泡连入，有四只相同的灯泡连入电路中，若灯泡电路中，若灯泡 L2、L3、L4均能正常发光，则灯均能正常发光，则灯泡泡 L1（）A、也能正常发光、也能正常发光B、较另三个灯暗些、较另三个灯暗些C、将会

14、烧坏、将会烧坏D、不能确定、不能确定1n2n1L3L4L1U1L2A 例例 3.3.钳形电流表的外形和结构如图（钳形电流表的外形和结构如图（a a）所示。图（）所示。图（a a）中电流表的读数为中电流表的读数为 1.2A 1.2A。图（。图（b b）中用同一电缆线绕了）中用同一电缆线绕了 3 3 匝匝，则，则A.A.这种电流表能测直流电流，图（这种电流表能测直流电流，图（b b）的读数为）的读数为 2.4A2.4AB.B.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数为 0.4A0.4AC.C.这种电流表能测交流电流，图（这种电流表能测交流电流，图（b b）的

15、读数为）的读数为 3.6A3.6AD.D.这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图 这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图（b b）的读数为）的读数为 3.6A 3.6A 图图（a）A铁铁芯芯图图（b）C 五、几种常用变压器五、几种常用变压器1.1.自耦变压器自耦变压器U2U1ABPU1U2n1n2升压变压器升压变压器n1n2U1U2降压变压器降压变压器问题：有没有只问题：有没有只用一组线圈来实用一组线圈来实现变压的变压器现变压的变压器？自耦变压器的原副线圈共用一个线圈 2.2.互感器互感器 A电流互感器电流互感器电压互感器电压互感器V 使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈

16、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 例例 4.4.为了保证用电安全，家庭居室的室内电路前端一般都安装为了保证用电安全，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 漏电保护开关，如图所示是保护开关的电路原理简图 问：问：（1 1）电路正常工作时，）电路正常工作时，b b 线圈是没有电流的，原因是什线圈是没有电流的，原因是什么？么？（2 2）如果站在地上的人不小心接触火线时，）如果站在地上的人不小心接触火线时，b b 线圈为什线圈为什么会产生感应电流？么会产生感应电流？解析 发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结解析 发电厂的零线是接地

17、的，漏电保护开关有一个结构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的构和变压器相似的电流互感器，其铁芯的 a a 侧有两个侧有两个形状、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、零线串线和虚线表示），它们分别将用电器和火线、零线串联起来，联起来，220V220V 交变电流在交变电流在 MNOMNO、GRKGRK 与发电厂之与发电厂之间流过；铁芯的间流过；铁芯的 b b 侧有另一个线圈与电磁继电器侧有另一个线圈与电磁继电器 J J 的的线圈（图中未画出）并联，室内电路正常工作时，线圈（图中未画出）并联，室内电路正常工作时

18、，b b线圈没有电流，线圈没有电流，J J 保持导通状态，当漏电时，保持导通状态，当漏电时，b b 线圈线圈便会产生感应电流，推动电磁继电器便会产生感应电流，推动电磁继电器 J J 切断用电器的切断用电器的电路，从而防止事故的发生电路，从而防止事故的发生 答案 （答案 （1 1）电流互感器）电流互感器 a a 侧两线圈完全相同，流过侧两线圈完全相同，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，相互抵消，b b 侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中侧线圈磁通量总为零而不变，线圈中不产生感应电流不产生感应电流（2 2）火线的电流有一部分流经

19、人体，经大地流回发）火线的电流有一部分流经人体，经大地流回发电厂，电厂，a a 侧两线圈电流大小不等，产生“剩余电流”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”，在铁芯中产生变化的“剩余磁通”，b b 侧线圈中磁通侧线圈中磁通量发生变化，线圈中产生感应电流量发生变化，线圈中产生感应电流 例例 6、如图所示：理想变压器的交流输入电压、如图所示：理想变压器的交流输入电压 U1=220V，有两组，有两组副线圈，其中副线圈，其中 n2=36 匝，标有“匝，标有“6V，9W”、“、“12V，12W”的的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：

20、（1）原线圈的匝数为）原线圈的匝数为 n1和另一副线圈的匝数和另一副线圈的匝数 n3.（2）原线圈的电流）原线圈的电流 I1。n3n2n1解：（解：（1）由于两灯均正常发光，）由于两灯均正常发光，所以有：所以有：U2=6V，U3=12V根据原、副线圈电压与匝数的关系，有：根据原、副线圈电压与匝数的关系，有：U1/U2=n1/n2 n1=U1n2/U2=1320 匝。匝。U3/U2=n3/n2，n3=U3n2/U2=72 匝。匝。（2）根据能量守恒，有）根据能量守恒，有 P入入=P出出。即。即 I1U1=P2+P3，则则 I1=（P2+P3）/U1=0.095A 小结：小结：1.1.变压器的结构和工作原理变压器的结构和工作原理2.2.理想变压器的理想化模型及功率传输规理想变压器的理想化模型及功率传输规律律3.3.理想变压器的变压和变流规律理想变压器的变压和变流规律