第12讲 变压器的工作原理 高中物理选修3-2

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第12讲 变压器的工作原理 来自高中学习社区 00:00 19:40

变压器的工作原理知识点总结

1.了解变压器的构造及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理．

2.掌握理想变压器的电压与匝数的关系并能用它解决相关问题．

3.掌握理想变压器的功率关系，并能推导出原、副线圈的电流关系．

一、变压器的原理

1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫原线圈，与负载连接的线圈叫副线圈．

2．原理

互感现象是变压器工作的基础．原线圈中电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势.

二、电压与匝数的关系

1．理想变压器：没有能量损失的变压器叫做理想变压器，它是一个理想化模型．

2．电压与匝数的关系

原、副线圈的电压比等于两个线圈的匝数比，即

3．两类变压器：副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器．

知识点1：理想变压器的原理和基本规律的应用

1．理想变压器的特点

(1)原、副线圈的电阻不计，不产生热量．

(2)变压器的铁芯无漏磁，原、副线圈磁通量无差别．

(3)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．

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.当有n组线圈时，则有：

3．功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，P_入＝P_出．

4．电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，I₁U₁＝I₂U₂，得

当有多个副线圈时，I₁U₁＝I₂U₂＋I₃U₃＋…，得I₁n₁＝I₂n₂＋I₃n₃＋…. 

【规律总结】关于理想变压器的五点说明

(1)变压器不能改变直流电压．

(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．

(3)理想变压器本身不消耗能量．

(4)理想变压器基本关系中的U₁、U₂、I₁、I₂均为有效值．

(5)理想变压器的变压关系是一个普适关系，而电流比则不然，它只适用于副线圈仅有一个的情况．而对副线圈有多个的情况则应根据功率关系P_入＝P_出，即U₁I₁＝U₂I₂＋U₃I₃＋…来找出各线圈间的电流关系．

知识点2：理想变压器的动态分析问题

1．理想变压器工作时的制约关系

(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U₁决定输出电压U₂，即U₂＝

(2)功率制约：P_出决定P_入．

(3)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，副线圈中的输出电流I₂决定原线圈中的电流I₁，即I₁＝

2．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况

(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I₂→P_出→P_入→I₁；

(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n₁、n₂→U₂→I₂→P_出→P_入→I₁.

理想变压器动态问题的处理方法

(1)首先抓住三个决定原则：输入电压U₁决定输出电压U₂；输出电流I₂决定输入电流I₁；输出功率P₂决定输入功率P₁.

(2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路电阻变化．

(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化．

(4)根据理想变压器的变压规律、变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化．　 

知识点3：其他几种变压器的应用

1．自耦变压器

如图甲所示是自耦变压器的示意图．这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈．如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压．

调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U₁，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U₂.

2．互感器

(2)特点

①电压互感器：使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数，即n₁＞n₂.

②电流互感器：使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈匝数，即n₁＜n₂.

(1)区分电压互感器与电流互感器的三个标志

①测量仪器不同，前者V后者A.

②原副线圈匝数关系不同．

③原线圈接线方式不同，前者接在火线和零线间，后者接在火线上．

(2)使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地．