1.變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)變壓器的構(gòu)造:如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的芯上的兩個線圈組成的.一個線圈跟電源連接，一個線圈跟電源連接，叫叫(也叫初級線圈也叫初級線圈)；另一個線圈跟負(fù)載；另一個線圈跟負(fù)載連接，叫連接，叫(也叫次級線圈也叫次級線圈).兩個線圈都是兩個線圈都是用絕緣導(dǎo)線繞制成的，鐵芯由涂有絕緣漆的硅用絕緣導(dǎo)線繞制成的，鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成鋼片疊合而成.原線圈原線圈副線圈副線圈 (2)理想變壓器的工作原理實質(zhì)上就是 定律和定律在上述理想化條件下的新的表現(xiàn)形式.法拉第電磁感應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)能的轉(zhuǎn)化與守恒能的轉(zhuǎn)化與守恒 2.理想變壓器的公式 (1)變壓器的變壓比: U1U2=n1n2 U1n1=U2n2=U3n3=Un=k 理想變壓器原副線圈的端電壓跟匝數(shù)成正比 當(dāng)n2n1時，U2U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器叫做升壓變壓器. 當(dāng)n2n1時，U2U1，變壓器使電壓降低，這種變壓器叫做降壓變壓器. (2)變壓器的變流比: 當(dāng)變壓器只有一個副線圈工作時，才有： 可見，變壓器工作時，原線圈和副線圈中的電流跟它們的匝數(shù)成反比.12112221,InU IU IIn 當(dāng)變壓器有多個副線圈時,如圖所示，有P入=P出，即無論有幾個副線圈在工作,變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和.有有U1I1=U2I2+U3I3+,有多個副線圈時滿足有多個副線圈時滿足n1I1=n2I2+n3I3+變壓器的高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流變壓器的高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較小，可用較_的導(dǎo)線繞制的導(dǎo)線繞制.變壓器的低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流變壓器的低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)用較大，應(yīng)用較_的導(dǎo)線繞制的導(dǎo)線繞制.細(xì)細(xì)粗粗(3)理想變壓器的輸入功率與輸出功率即在輸入電壓確定以后，輸入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比.2222111122221/Un UPI UI URRn（）3.幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器.特點是鐵芯上只繞有一個線圈.如果把整個線圈作原線圈,副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓(圖甲)；如果把線圈的一部分作原線圈,整個線圈作副線圈，就可以升高電壓(圖乙).(2)調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖(丙)所示.線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，AB之間加上輸入電壓U1，移動滑動觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2.(3)電壓互感器如圖(a)所示，原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表.互感器將高電壓變?yōu)榈碗妷?，通過電壓表測低電壓，結(jié)合匝數(shù)比可計算出高壓電路的電壓.(4)電流互感器如圖(b)所示，原線圈串聯(lián)在待測高電流電路中，副線圈接電流表.互感器將大電流變成小電流，通過電流表測出小電流，結(jié)合匝數(shù)比可計算出大電流電路的電流.4.遠距離輸電問題的解題方法首先要畫出遠距離輸電的示意圖來，并在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號.一般設(shè)兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為:n1、n1、n2、n2，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號來表示.(1)輸電線上的功率損失根據(jù)Pr=I2r，可知減少輸電中的功率損失可以有兩種方法:一種方法是:減小電阻.在電線長度L一定的情況下，應(yīng)當(dāng)選用電阻率小、橫截面積大的導(dǎo)線.另一種方法是提高輸電的電壓U，減小電流I.減小輸電導(dǎo)線中的電流.在導(dǎo)線電阻不變的條件下，電流如果減小到原來的百分之一，功率損失P=I2r就減小到原來的萬分之一.根據(jù)U損=Ir，可知減小輸電線路上的電壓損失也有兩種方法.一種是增大輸電導(dǎo)線的截面積以減小電阻.另一種是減小輸電電流.在輸送電功率不變的前提下，必須提高輸電電壓.通過以上分析，我們看到，無論從減小輸電中的功率損失，還是從減小電壓損失方面看，都要求提高輸電電壓，減小輸電電流.輸電線上的功率損失和電壓損失要特別注意:分析和計算時都必須用而不能用由可得出的結(jié)論：減少輸電線功率損失的途徑是在選定電阻率較小材料后提高輸電電壓或增大輸電導(dǎo)線的橫截面積.兩者相比，當(dāng)然選擇前者.若輸電線功率損失已經(jīng)確定，那么升高輸電電壓能減少輸電線截面積，從而節(jié)約大量金屬材料和架設(shè)電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地.2,.rrrrPI r UI r21/rPUr 222111() 1rrPLPI rUSUS (2)遠距離輸電問題的解題關(guān)鍵從圖中可看出功率之間的關(guān)系是：P1=P1，P2=P2，P1=Pr+P2電壓之間的關(guān)系是：1122121122,rUnUnUUUUnUn 電流之間的關(guān)系是：可見其中電流之間的關(guān)系最簡單，I1、Ir、I2中只要知道一個，另兩個總與它相等.因此求輸電線上的往往是這類問題的突破.1122121122,rInInIIIInIn 電流電流 主題(1)理想變壓器的動態(tài)分析問題 (單選)如圖11-2-1所示，理想變壓器原線圈a、b兩端接正弦式電壓，副線圈c、d兩端通過輸電線接兩只相同的燈泡L1和L2，輸電線圖圖11-2-1 的的等效電阻為等效電阻為R，開始時，開關(guān)，開始時，開關(guān)S斷開，當(dāng)斷開，當(dāng)開關(guān)開關(guān)S接通時，以下說法中不正確的是接通時，以下說法中不正確的是() A.副線圈c、d兩端的輸出電壓減少 B.副線圈輸電線等效電阻R上的電壓降增大 C.通過燈泡L1的電流減少 D.原線圈中的電流增大 理想變壓器的動態(tài)分析問題A 當(dāng)開關(guān)S接通時，L1和L2并聯(lián)，使副線圈的電阻的阻值變小，此時c、d兩端的輸出電壓不變，副線圈中的總電流增大，電阻R上的電壓降也增大，燈泡L1上的電壓減少，L1中的電流也減少.因副線圈中的總電流增大，原線圈中的電流增大.故選A. 求解變壓器問題的原則是:涉及電壓關(guān)系用匝數(shù)比，涉及電流用功率關(guān)系：輸出功率等于輸入功率，且隨輸出功率變化而變化.副線圈涉及一個以上的用電器，用全電路歐姆定律分析解答.對理想變壓器而言，相當(dāng)于電源內(nèi)阻為零，電源輸出電壓不變. （雙選）如圖11-2-2所示電路中變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)，P是滑動變阻器R的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1、I2分別為原線圈和副線圈中的電流，下列說法正確的是( )圖圖11-2-2 A.保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小 B.保持P的位置及U1不變，S由a切換到b，則I2減小 C.保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則I1增大 D.保持U1不變，S接在b端，將P向上滑動，則I1減小BC 因為,所以,當(dāng)保持P的位置及U1不變，S由a切換到b，n2減小,則U2減小,故也隨之減小,B對.同理,保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則n2增大,U2增大,I2增大,R上消耗的功率增大，I1也隨之增大.C對、A錯.保持U1不變，S接在b端，將P向上滑動，則負(fù)載電阻減小,I2隨之增大,由I1=,知I1增大,D錯.1212UUnn 2211nUUn 22UIR 221U IU 主題(2)對理想變壓器各物理量的理解 如圖11-2-3所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n1 n2=4 1，原線圈回路中的電阻A與副線圈圖圖11-2-3回路中的負(fù)載電阻回路中的負(fù)載電阻B的阻值相等的阻值相等.a、b端加一交端加一交變電壓后，兩電阻消耗的電功率之比變電壓后，兩電阻消耗的電功率之比PA PB=，電阻兩端的電壓之比，電阻兩端的電壓之比UA UB= .1 41 16 理想變壓器電路中電壓、電流、功率計算. 對理想變壓器，有 所以 又UA=I1R,UB=I2R 所以122114InIn2212,ABPI R PI R22112221,16ABPIIPII（）112214ABUI RIUI RI 首先本題最容易出現(xiàn)的錯誤是認(rèn)為PA PB=1 1，把PA和P入混淆.本題中欲求兩電阻消耗的電功率之比，只需求出兩電路中的電流之比，而電流之比又與原副線圈的匝數(shù)成反比. 其次，當(dāng)變壓器的原副線圈上接有電阻時，一定要區(qū)分以下幾個物理量： 電阻消耗的功率與P1和P2的關(guān)系； 電阻兩端的電壓與U1和U2的關(guān)系； 流過電阻的電流和I1和I2的關(guān)系.理想變壓器公式中的電壓和電流均為理想變壓器公式中的電壓和電流均為有效值有效值. （單選）如圖11-2-4是一個理想變壓器的電路圖，若A、B兩點接交流電壓U時，五個相同的燈泡均正常發(fā)光，則原、副線圖圖11-2-4 圈的匝數(shù)比為圈的匝數(shù)比為()A.5 1 B.1 5C.4 1D.1 4設(shè)燈泡正常發(fā)光的電流為設(shè)燈泡正常發(fā)光的電流為I，則原、，則原、副線圈的電流分別為副線圈的電流分別為I和和4I，所以原、副線圈的，所以原、副線圈的匝數(shù)比為匝數(shù)比為4 1.C 如圖11-2-5的理想變壓器,輸入電壓U1=220V,各線圈匝數(shù)之比n1 n2 n3=10 5 1，R2=110,測得通過R3的電流I3=2A.求:流經(jīng)電阻R2及初級線圈中的電流強度I2和I1各為多少？圖圖11-2-5U1 U2 U3=n1 n2 n3=10 5 1 所以U2=110V；U3=22V I2=U2/R2=1A 理想變壓器的輸入功率等于輸出功率, I1U1=I2U2+I3U3 I1U1=(1110+222)W=154W 所以I1=0.7A主題(3)遠距離輸電的計算某發(fā)電機輸出功率P=100kW，發(fā)電機端電壓U1=1000V，向遠距離輸電的輸電線總電阻R=8.現(xiàn)要求輸電損耗為5%，用戶得到的電壓恰好為220V，則：(1)畫出輸電線路的示意圖；(2)求出所用的變壓器的原副線圈匝數(shù)比.理想變壓器的遠距離輸電計算 線路上損耗的功率為P=5000W， 因為 所以電流為I2=25A，線路上的電壓為 U=I2R=200V， U2=P/I2=100000/25V=4000V 所以n1n2=U1U2=14 U3=U2-U=3800V，U4=220V n3n4=U3U4=1901122,PI R 遠距離輸電的計算步驟(方法技巧)： (1)畫出輸電電路圖; (2)以升壓變壓器的副線圈、輸電線路、降壓變壓器的原線圈為回路，利用歐姆定律分析三者的電壓關(guān)系和電功率關(guān)系.具體為: 由輸電功率和輸電電壓確定輸電線的電流； 計算線路電壓損耗、電功率損耗，確定降壓變壓器的輸入電壓和輸入功率； 計算升壓變壓器、降壓變壓器的變壓比. 有一條河流，河水流量為4m3/s，落差為5m，現(xiàn)利用它來發(fā)電，使用的發(fā)電機總效率為50，發(fā)電機輸出電壓為350V，輸電線的電阻為4，允許輸電線上損耗功率為發(fā)電機輸出功率的5，而用戶所需要電壓為220V，求所用的升壓、降壓變壓器上原、副線圈的匝數(shù)比.(g=9.8m/s2) 機械功率P1=mgh/t=100049.8 5W=1.96105W 發(fā)電機的輸出功率P2=0.5P1=9.8104W 線路上損耗的功率為P=4900W， 因為P=,所以電流為I2=35A， U2=P2/I2=2800V, 所以n1n2=U1U2=3502800=18 線路上損耗的電壓為U=I2R=140V， U3=U2-U=2660V U4=220V n3n4=U3U4=266022012122I R