资源简介

(共30张PPT)
新课导入
问题；生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压。变压器是如何改变电压的呢
第3节 变压器
第2课时　理想变压器的规律及其应用
学习任务一
学习任务一　理想变压器的基本关系
1、理想变压器特点：
（1）无铜损：原、副线圈不计内阻，不产生热量。
（2）无铁损：忽略铁芯产生的热量。
（3）无磁损：变压器铁芯内无漏磁，原、副线圈磁通量无差别。
实际变压器（特别是大型变压器）的效率都是比较高的，特别是电力设备中的巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%~99%，所以理论研究时我们把它当成100%（理想变压器）是没有问题的。
理想变压器
——没有能量损失的变压器
P入＝P出
变压器自身的能量损耗不计，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。
[模型建构]
学习任务一
学习任务一　理想变压器的基本关系
[模型建构]
理想变压器
功率制约：
P入 = P出
原线圈电能全部转化为副线圈电能
电压制约：
线圈两端电压之比等于匝数之比
“一原一副”
的电流制约：
U1 I1 = U2 I2
原副线圈的电流跟匝数成反比
I1
I2
U2
n1
n2
R
U1
此式只适用于一个副线圈的变压器
学习任务一
学习任务一　理想变压器的基本关系
[模型建构]
I2
n2
U2
I1
n1
U1
I3
n3
U3
“一原多副”的理想变压器
任意两线圈两端电压之比等于匝数之比
由 P入 =P出 得
原线圈电能全部转化为两副线圈电能
多副线圈的理想变压器
注意：
（1）理想变压器只传输能量，本身不是用电器。
（2）变压器只能改变交变电流，若初级线圈加直流电压，则次级线圈输出电压为0.
以上关系是有效值间的关系，对最大值也适用，但对某时刻的瞬时值其关系不成立。
★注意：四个决定
(1)原线圈电压U1由提供原线圈电压的电源决定．
(2)副线圈电压U2由原线圈电压U1及匝数比决定，与副线圈所接负载无关．
(3)副线圈电流I2由副线圈电压U2和副线圈负载决定
(4)原线圈电流I1由副线圈电流I2决定．
变压器的应用
变电站的大型变压器
小家电中的变压器
实际应用中需要改变交流电压的场合是很多的。大型发电机发出的交流，电压为几万伏。而用电器使用电压不一样。由于有了变压器，交流的电压容易改变，所以交流得到了广泛的应用。
无线充电技术原理
初级线圈
次级线圈
输出
感应电流
输入
交流电
手机开始充电时，底座同时亮起了一圈呼吸灯，互感。
例1 [2021·广东卷] 某同学设计了一个充电装置,如图所示.假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电,周期为0.2 s,电压最大值为0.05 V.理想变压器原线圈接螺线管,副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶60.下列说法正确的是(　　)
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
学习任务一
学习任务一　理想变压器的基本关系
B
[解析] 交流电的频率为f==5 Hz,A错误;
由=、U1=得U2m=U1m=3 V,B正确;
原线圈中的感应电流是由磁铁与线圈相对运动引起的,永磁铁磁场强弱将影响原线圈中的电流大小,故C错误;
对理想变压器,变压器的输入功率等于输出功率,而变压器的输出功率又等于充电电路的输入功率,故D错误.
学习任务一
变式1 如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是 (　)
A.原线圈的输入功率为220 W
B.电流表的读数为1 A
C.电压表的读数为110 V
D.副线圈输出交流电的周期为50 s
学习任务一
B
[解析] 理想变压器原线圈两端电压的有效值为U1=220 V,由=,得U2==110 V,即电压表的读数为110 V,通过负载电阻的电流I2== A=2 A,则副线圈的输出功率P=U2I2=110×2 W=220 W,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,为220 W,故选项A、C错误;
由n1I1=n2I2,得I1==1 A,即电流表的读数为1 A,选项B正确;
由u=220sin 100πt(V)可知,角速度ω=100π rad/s,原线圈所接交流电的周期T==0.02 s,副线圈输出交流电的周期不变,仍为0.02 s,选项D错误.
学习任务一
理想变压器的基本关系式
学习任务一
基 本 关 系 功率关系 根据能量守恒可得:原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,即P入=P出
电压关系 只有一个副线圈时:=
有多个副线圈时:===…
电流关系 只有一个副线圈时:=
有多个副线圈时:I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn
频率关系 f1=f2(变压器不改变交变电流的频率)
学习任务二
学习任务二　含理想变压器电路的动态分析
U1
U2
I2
I1
掌握电压、电流、功率之间的关系
①U1由电源决定
②U2由U1和匝数比决定：
③I2由U2和负载决定：
④I1由I2和匝数比决定：
⑤输入功率P1由输出功率P2决定：
P1＝P2
P1
[科学思维]
例2 理想变压器的原线圈连接电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调节,在副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为U的交流电,如图所示.下列情况可能出现的是(　)
A.若Q位置不变,将P向上滑动,U'变大
B.若Q位置不变,将P向上滑动,电流表的读数变大
C.若P位置不变,将Q向上滑动,电流表的读数变大
D.若P位置不变,将Q向上滑动,变压器的输入功率不变
学习任务二
C
学习任务二　含理想变压器电路的动态分析
[解析] 当理想变压器的输入电压U以及原、副线圈的匝数比不变时,副线圈两端的电压也不变,A错误;
由P出=,知R增大时,输出功率减小,又由P入=P出,得原线圈中的电流表读数要减小,B错误;
Q向上滑动时,U'增大,而负载电阻不变,则输出功率要增大,即输入功率也要增大,原线圈中的电流就要增大,C正确,D错误.
学习任务二
变式2 [2023·衢州一中月考] 如图所示,理想变压器的a、b端所接的交变电压u=16sin 100πt(V),L1、L2是两个规格为“4 V　3 W”的灯泡,现调节电阻箱R为某一值时恰好能使两个灯泡均正常发光,电压表V1、V2均为理想交流电压表.电阻箱R调节过程中所有元件均可安全工作,忽略灯泡电阻的变化,则(　)
A.t=0.005 s时,V1的示数为12 V
B.变压器原、副线圈匝数比为4∶1
C.增大电阻箱R连入电路的阻值,电压表V1的示数增大
D.增大电阻箱R连入电路的阻值,电压表V2的示数不变
学习任务二
C
[解析] 理想变压器的a、b端所接的交变电压的有效值为U==16 V,当两个灯泡均正常发光时,原线圈两端电压为U1=U-UL=12 V,理想交流电压表测得的是电压的有效值,所以t=0.005 s时,V1的示数为12 V,副线圈两端电压为U2=UL=4 V,变压器原、副线圈匝数比为==3,故A、B错误;
设变压器原、副线圈中电流分别为I1、I2,则I1=I2=I2,原、副线圈匝数比不变,则I1与I2的关系不变,增大电阻箱R连入电路的阻值,副线圈的总电阻R总增大,所以I2减小,则I1减小,故灯泡L1两端电压减小,因U不变,所以U1增大,易知U2也增大,即电压表V1和V2示数都增大,故C正确,D错误.
学习任务二
含有变压器的动态电路问题的解题思路
学习任务二
学习任务三　几种常见的变压器
学习任务三
例3 如图所示,T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器,其中a、b是交流电压表或交流电流表.若高压输电线间的电压为220 kV,T1的原、副线圈匝数比为1∶100,交流电压表的示数为100 V,交流电流表的示数为1 A,则(　)
A.b是交流电压表
B.T2的原、副线圈匝数比为100∶1
C.高压线路输送的电流为1 A
D.高压线路输送的电功率为220 kW
A
[解析] 右侧的互感器原线圈并联在高压线上,b是交流电压表,选项A正确;
高压输电线间的电压为220 kV,副线圈交流电压表的示数为100 V,根据变压器变压公式,T2的原、副线圈匝数比为2200∶1,选项B错误;
T1的原、副线圈匝数比为1∶100,a是交流电流表,交流电流表的示数为1 A,根据变压器变流公式,高压线路输送的电流为100 A,选项C错误;
高压线路输送的电功率为P=UI=220 kV×100 A=22 000 kW,选项D错误.
学习任务三
变式3 调压变压器就是一种自耦变压器,它的构造如图甲所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C、D之间输入交变电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压.图甲中两电表均为理想交流电表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器.现在C、D两端输入图乙所示正弦式交流电,变压器视为理想变压器,那么(　)
A.由图乙可知C、D两端输入交流电压u的表达式为
u=36sin 100t(V)
B.当滑动触头P逆时针转动时,M、N之间输出交流电
压的频率变大
C.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变
大,电压表读数也变大
D.当滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电阻R2消耗的电功率变小
学习任务三
D
[解析] 由题图乙可知u=36sin 100πt(V),A错误;
M、N之间输出交流电压的频率由输入交流电压的频率决定,B错误;
滑动变阻器的滑动触头向下滑动时,R3减小,由“串反并同”可知电压表读数减小,电流表读数增大,R2消耗的电功率P2=减小,C错误,D正确.
学习任务三
1.自耦变压器
自耦变压器(又称调压器)如图所示,可以实现交变电压的连续调节,变压器的基本关系对自耦变压器均适用,=,=.
学习任务三
2.电压互感器和电流互感器
学习任务三
电压互感器 电流互感器
示意图
原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在交流电路中
副线圈的连接 连接电压表 连接电流表
作用 将高电压变为低电压 将大电流变为小电流
利用的公式 = I1n1=I2n2
课后习题
1.变压器为什么不能改变恒定电流的电压？
2.有些机床（图3.3-6）为了安全，照明电灯用的电压是36V，这个电压是把380V的电压降压后得到的。如果变压器的原线圈是1440匝，副线圈是多少匝？在某次实际工作时输入电压只有220V，则输出电压是多少？
课后习题
课后习题
3.当变压器的一个线圈的匝数已知时，可以用下面的方法测量其他线圈的匝数：把被测线圈作为原线圈，用匝数已知的线圈作为副线圈，通入交变电流，测出两线圈的电压，就可以求出被测线圈的匝数。已知副线圈有400匝，把原线圈接到220V的交流电路中，测得副线圈的电压是55V，求原线圈的匝数。
课后习题
4.变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，哪个线圈应该使用较粗的导线？为什么？
课后习题
5.图3.3-7是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R0表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的值减小（滑动片向下移）。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，图中各表的读数如何变化？

展开更多......

收起↑