3.3 变压器 课件 -2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

改变交流电压的装置——变压器 01 变压器的结构和工作原理 交变电流 3 副线圈 原线圈 U2 R n1 n2 示意图 可拆式变压器 闭合铁芯 ：绝缘硅钢片叠合而成（由涂有绝缘漆的硅钢薄片叠合而成） 原线圈n1 ( 初级线圈 )：接交流电源 副线圈n2( 次级线圈 )：接用电器（负载） 变压器 U1 铁芯 一.变压器的结构 n1 n2 n1 n2 无铁芯 有铁芯 电路符号 U1：输入电压 U2：输出电压 U2 R 1. 原副线圈不相通，给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2 是如何产生的？ 2. 若给原线圈接直流电，副线圈还能否产生电压？ 3. 一定要有铁芯，副线圈才能产生电动势？铁芯起着怎样的作用？ B感 变化 B原 变化 I 铁芯作用：磁感线经过铁芯构成磁回路,使整个磁路的磁场强度达到最大。（由于磁化，绝大部分磁感线集中在铁芯内部，大大提高了变压器的效率） 工作原理：互感现象（电磁感应） U1 n1 n2 二.变压器的工作原理 4. 变压器在运行时，哪些地方有能量损耗呢？ 5. 若不计能量损耗，变压器原副线圈中能量如何转化？ U2 R U1 n1 n2 原线圈电能 副线圈电能 磁场能 理想变压器的能量转化： 不计能量损耗，线圈电阻 磁损： 漏磁损失能量 铁损： 涡流现象发热 铜损： 线圈电阻发热 能量损耗 主要 (U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2) 02 理想变压器 交变电流 7 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。 一.理想变压器 若给原线圈接交变电动势 e1 =Em sinωt，则副线圈电动势e2 多大？ U2 R B2 =Bmsinωt U1 n1 n2 e1 =Em sinωt B1 =Bmsinωt 由法拉第电磁感应定律，得： 不考虑原副线圈的电阻的理想变压器原、副线圈的电压： 变压器作用：改变交流的电压，不改变周期和频率 n2 > n1 U2 > U1 ── 升压变压器 n2 < n1 U2 < U1 ── 降压变压器 二.理想变压器的规律——电压、功率和电流的制约关系 此式无论副线圈一端是空载还是负载，都适用。 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 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． 例2：一理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2＝11∶5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图所示。副线圈仅接入一个R=10 Ω的电阻，则 (1)变压器的输出电压表达式 (2)交流电压表的示数 (3)电阻R的热功率 (4)原线圈的电流 (5)变压器的输入功率 n1 n2 R u V 03 理想变压器的动态分析 交变电流 15 变压器原副线圈各量制约关系： U1由电源决定 U2由U1与匝数比决定 I2P2由U2与负载决定 （副线圈电路计算中，副线圈相当于电源） I1P1由I2P2决定 （输入功率由输出功率决定，即用多少给多少） 动态分析顺序 即变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少。 U1 n1 n2 U2 n1 U1 I1 P1 n2 U2