3.3 变压器 课件 -2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

3.3变压器 变压器的结构与工作原理 01 解决电力传输损耗问题 19世纪末，特斯拉推动交流电系统时，变压器将电压升至11000V，使从尼亚加拉水电站到布法罗的输电损耗从70%降至10%以下。 变压器的构造 原线圈 副线圈 ①铁芯：绝缘硅钢片叠合而成 ②原线圈： ③副线圈： 与交流电源相连的线圈，也叫初级线圈 与负载相连的线圈，也叫次级线圈 工作原理之互感现象 互感现象的基本原理 当一个线圈中的电流变化时，会在另一个线圈中产生感应电动势，如电力变压器中初级线圈电流变化使次级线圈产生电压。 理想变压器的核心规律 02 (1)电压关系： 。 (2)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失， P入＝P出。 (3)电流关系：根据功率关系计算。当只有一个副线 圈时，I1U1＝I2U2，得 。 理想变压器的基本规律： 例题1：如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，两个标有“12 V　6 W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的电表)的示数分别是 (　　) A. 120 V，0.10 A B. 240 V，0.025 A C. 120 V，0.05 A D. 240 V，0.05 A D　解析：灯泡正常发光，所以U2＝12 V，根据 ，代入数据解得U1＝240 V。两个灯泡均正常发光 ，根据 ，代入数据解得I1＝0.05 A。故D正确。 例题2．某理想变压器原、副线圈匝数之比为55∶9，原线圈所接电源电压的变化规律如图所示，副线圈接有负载。下列判断正确的是 (　　) A. 输出电压的最大值为36 V B. 原、副线圈中电流之比为55∶9 C. 该理想变压器的输入、输出功率之比为55∶9 D. 原线圈两端电压有效值为220 V，频率为50 Hz 变压器的分类与实际应用 04 升压与降压变压器 升压变压器的工作原理与应用场景 在电力系统中，升压变压器将发电机输出的10kV电压升至220kV及以上，如三峡电站采用特高压升压变压器实现远距离输电。 降压变压器的功能特点与典型案例 城市配电网中，降压变压器将110kV高压电降至220V民用电压，上海浦东变电站的降压设备保障了数百万家庭用电。 互感器的类型与作用 电流互感器（CT） 广泛应用于电力系统，如国家电网变电站中，将高电流按比例转换为低电流，供电流表、继电保护装置等安全测量与控制。 电压互感器（PT） 在110kV及以上变电站中，如上海电网的变电站，将高电压降至100V标准电压，保障仪表和保护设备的安全运行。 钳形电流表的原理 电磁感应核心机制 基于变压器互感原理，其铁芯可开合，闭合时将被测导线作为初级线圈，次级线圈感应出与电流成正比的电压。 电流测量实现方式 次级线圈与整流、表头电路连接，如福禄克319钳形表，能直接显示交流电流值，无需断开电路。 应用场景与优势 在电力检修中，如国家电网工程师用它检测配电柜线路电流，安全高效，避免停电操作。 理想变压器的动态变化分析 05 对理想变压器进行动态分析的两种常见情况: (1)原、副线圈匝数之比不变，分析各物理量随负载电阻R变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。 (2)负载电阻不变，分析各物理量随原、副线圈匝数之比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。 例题3.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝220sin 100πt(V)，则(　　) A. 当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 V B. 当t＝600(1) s时，c、d间电压的瞬时值为110 V C. 单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小 D. 当单刀双掷开关由a扳向b后，电压表和电流表的示数均变小 谢 谢！ D　解析：由题图可知原线圈两端电压的有效值U1＝＝220 V，频率f＝＝50 Hz，D正确；输出电压的有效值U2＝U1＝36 V，故输出电压的最大值U2max＝36 V，A错误；由于＝＝，B错误；理想变压器的输入功率与输出功率相等，C错误。 A　解析：原、副线圈的匝数之比为10∶1，原线圈两端的电压有效值U1＝ V＝220 V，根据＝，代入数据得U2＝22 V，故电压表的示数为22 V，A正确；当t＝ s时，c、d间电压的瞬间值u＝220‧ sin V＝110 V，故B错误；当单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，滑动变阻器接入电路中的阻值变大，副线圈输出电压不变，电流减小，即电压表示数不变，电流表示数减小，故C错误；当单刀双掷开关由a扳向b后，原线圈匝数减小，根据＝知U2变大，电压表和电流表的示数均变大，故D错误。 $