高中物理 第5章 交变电流 第4节 变压器教案 新人教版选修.doc

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1、第4节 变压器要点一变压器两线圈电压、电流与匝数的关系1.对理想变压器,穿过两个线圈的磁通量始终相同,原线圈产生的电动势为E1=n1,副线圈产生的电动势为E2=n2,=.2.互感器(1)电压互感器:用来把高电压变成低电压,它的原线圈并联在高压电路L,副线圈接入交流电压表,如图5-4-2甲所示.图5-4-2(2)电流互感器:用来把大电流变成小电流,副线圈比原线圈匝数多,线圈串联在被测电路中,副线圈接入交流电流表,如图5-4-2乙所示.要点二解决变压器问题的思路1.电压思路:变压器原、副线圈的电压之比为=;当变压器有多个

2、副线圈时===……2.功率思路:理想变压器的输入、输出功率为P入=P出,即P1=P2;当变压器有多个副线圈时P1=P2+P3+……3.电流思路:由I=知,对只有一个副线圈的变压器有=;当变压器有多个副线圈时n1I1=n2I2+n3I3+……4.制约思路(1)电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比一定时,输出电压U2由输入电压决定,即U2=,可简述为“原制约副”.(2)电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=,可简述为“副制约原”.(3)负载

3、制约:①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+……;②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,I2=;③总功率P总=P线+P2.  一、变压器工作时有哪些能量损失?在“变压器”一节中叙述道“变压器工作时,输入的功率一部分从副线圈输出,另一部分消耗在发热上,但是消耗的功率一般不超过百分之几.”消耗功率就是说明存在能量损耗,也就是我们常见的变压器并不是理想变压器,那么,变压器工作时到底有哪些能量损耗?1.铜损:变压器从结构上讲有原线圈和副线圈之分,两个线圈一般都用绝缘铜导线绕制而成,尽管

4、铜的电阻率较小(仅1.7×10-8Ω/m),铜导线还是有一定的电阻.根据焦耳定律,当变压器工作,有电流流过铜线圈时,就有热量产生从而导致能量损耗,这种损耗称之为铜损.根据电阻定律可知,长为10m,直径为1mm的圆柱形铜导线电阻约为0.22Ω,工作时如果通过的电流为10A,则损耗的功率达22W,每分钟产生1320J热量.如果是大型变压器,由于线圈的电阻及流过线圈的电流都较大,损耗的功率可达几千瓦.2.铁损:变压器工作时,原线圈中有交变电流,它在铁芯中产生交变的磁通量,铁芯中就会由于电磁感应而产生涡流,使铁芯大量发热而导

5、致能量损耗,这种损耗叫铁损.为了减少损耗,变压器的铁芯常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成.这样,涡流被限制在狭窄的薄片之中,回路的电阻很大,涡流大为减弱,从而减小了铁损.3.磁损:变压器工作时,有交变电流流过原线圈,在原线圈的铁芯中产生交变的磁通量,这个交变的磁通量绝大部分通过了副线圈,在副线圈中产生感应电动势,但也有很少的一部分磁通量没有通过副线圈,而是通过副线圈以外的空间.据麦克斯韦电磁场理论,这部分变化的磁通量就会在周围空间形成电磁波而损耗一部分能量,这种损耗叫做磁损.变压器工作时,由于损耗的能量只占输入能量的一

6、小部分,效率很高,特别是大型变压器,效率可达97%以上.所以,在实际粗略的计算中常把损耗的能量略去不计,认为变压器的输出功率和输入功率相等,因而称做理想变压器.二、从电磁感应理论角度,分析理想变压器的电动势、电压、电流与匝数的关系1.电动势关系:由于互感现象,且没有漏磁,则原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的,根据法拉第电磁感应定律,有E1=n1,E2=n2,所以=.2.电压关系:由于不计原、副线圈的电阻,因此原线圈两端的电压U1=E1,副线圈两端的电压U2=E2,所以=.(1)=,无论副线圈一端是空载还是有负载,都是

7、适用的.(2)输出电压U2由输入电压U1和原、副线圈的匝数比共同决定.由=,得==.(3)若变压器有两个副线圈,则有===.所以有=,=或=.(4)据=知,当n2>n1时,U2>U1,这种变压器称为升压变压器;当n2

8、匝数多而通过的电流小,可用较细的导线绕制;低压线圈匝数少而通过的电流大,应用较粗的导线绕制.2.变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立,而电流关系只适用于有一个副线圈的变压器,若为多个副线圈,电流关系要从功率关系(输入功率总等于输出功率)得出,即U1I1=U2I2+U3I3+…,根据===…,知电流与匝数关系为:n1I1=n2I2+

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