变压器的变压原理课件

变压器的变压原理变压器的变压原理变压器的变压原理1用电器用电器额定工作电压额定工作电压用电器用电器额定工作电压额定工作电压随身听随身听3V机床上的照明灯机床上的照明灯36V扫描仪扫描仪12V防身器防身器3000V手机充电器手机充电器4.2V 4.4V 5.3V 黑白电视机显像管黑白电视机显像管12万伏万伏录音机录音机6V 9V 12V彩色电视机显像管彩色电视机显像管34万伏万伏 在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而在我们使用的各种用电器中，所需的电源电压各不相同，而日常照明电路的电压是日常照明电路的电压是220V，那么如何解决这一问题呢？，那么如何解决这一问题呢？生活中需要各种电压生活中需要各种电压变压器就是改变交流电压的设备变压器就是改变交流电压的设备用电器额定工作电压用电器额定工作电压随身听3V机床上的照明灯2城乡变压器城乡变压器各式变压器各式变压器可拆式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器变电站的大型变压器各式各样的变压器各式各样的变压器城乡变压器各式变压器可拆式变压器变电站的大型变压器各式各样的3变压器的构造变压器的构造变压器的构造42.2.示意图、电路图中符号示意图、电路图中符号铁铁芯芯原线圈原线圈副线圈副线圈铁芯与线圈互相绝缘铁芯与线圈互相绝缘n n1 1n n2 21.1.构造：构造：（1 1）闭合铁芯）闭合铁芯 （2 2）原线圈）原线圈(初级线圈初级线圈)（3 3）副线圈）副线圈(次级线圈次级线圈)一、变压器的构造一、变压器的构造 小灯泡可能小灯泡可能发光吗？说出发光吗？说出你的道理。你的道理。2.示意图、电路图中符号铁芯原线圈副线圈铁芯与线圈互相绝缘n5二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理互感现象互感现象1 1、工作原理：、工作原理：由于线圈由于线圈A A中电流的变化，中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈通量的变化在线圈B B中激发了感中激发了感应电动势叫做互感。应电动势叫做互感。变压器不能改变直流电压变压器不能改变直流电压变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：电能电能 磁场能磁场能 电能传输电能传输 (U U1 1、I I1 1)()(变化的磁场变化的磁场)()(U U2 2、I I2 2)互感现象互感现象二、变压器的工作原理互感现象1、工作原理：由6变压器的工作原理变压器的工作原理互感现象互感现象变压器的工作原理互感现象7因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以原副线圈中的因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以原副线圈中的磁通量磁通量，磁通量的变化量磁通量的变化量 、磁通量的变化率磁通量的变化率都相同。都相同。2 2、理想变压器模、理想变压器模型型没有能量损失和漏磁现象的变压器没有能量损失和漏磁现象的变压器无磁损无磁损无铜损无铜损无铁损无铁损理想变压理想变压器的特点器的特点：实际上变压器的效率都是比较高的，特别是电力设备中的实际上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巨大变压器，在满负荷工作时效率可以达到97%97%99%99%，所以，所以理论研究时我们把它当成理论研究时我们把它当成100%100%（理想变压器）是没有问题的。（理想变压器）是没有问题的。理想变压器也是一个理想化模型理想变压器也是一个理想化模型。因为原副线圈共用一个闭合铁芯，所以原副线圈中的2、理想变压器8器原、副线圈的电压器原、副线圈的电压与匝数的关系的推导与匝数的关系的推导 I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U1 1U U2 2根据法拉第电磁感应定律得：根据法拉第电磁感应定律得：原、副线圈中产生的感应电动势分别是：原、副线圈中产生的感应电动势分别是：若不考虑原副线圈的内阻：若不考虑原副线圈的内阻：U U1 1=E=E1 1 U U2 2=E=E2 2 1 1）n n2 2 n n1 1 U U2 2UU1 1升压升压变压器变压器2 2）n n2 2 n n1 1 U U2 2 U U1 1降压降压变压器变压器原副线圈的原副线圈的电压比电压比等于等于它们的它们的匝数比匝数比1 1、变压规律：、变压规律：三、理想变压器规律的理论推导三、理想变压器规律的理论推导器原、副线圈的电压与匝数的关系的推导I1I2n1n2U19即即:U1I1=U2I2P入入=P出出理想变压器原副线圈的理想变压器原副线圈的电流电流跟它们的跟它们的匝数成反比匝数成反比3 3、变流规律变流规律此公式只适用于一此公式只适用于一个副线圈的变压器个副线圈的变压器I I1 1I I2 2n n1 1n n2 2U U1 1U U2 22 2、功率关系功率关系：频率关系频率关系:变压器不能改变交变电流的频率变压器不能改变交变电流的频率理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率当副线圈为断路时，当副线圈为断路时，输出功率为零，输出功率为零，输入功率输入功率也一定也一定为零为零即:U1I1=U2I2P入=P出理想变压器原副线圈的104 4、有多个副线圈的理想变压器的问题、有多个副线圈的理想变压器的问题 一个原线圈、多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为一个原线圈、多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n n1 1，两个副线圈的匝数分别为两个副线圈的匝数分别为n n2 2和和n n3 3，相应的电压分别为，相应的电压分别为U U1 1、U U2 2和和U U3 3，相应的电流分别为相应的电流分别为I I1 1、I I2 2和和I I3 3，根据变压器的工作原理可得：，根据变压器的工作原理可得：原线圈的安匝数等于有多个副线圈的安匝数之和原线圈的安匝数等于有多个副线圈的安匝数之和n n3 3n n2 2n n1 14、有多个副线圈的理想变压器的问题 一个原线圈、多个副11课本课本7171页案例页案例 一个理想变压器，原线圈匝数为一个理想变压器，原线圈匝数为n n1 1=1100=1100匝，接匝，接在电压为在电压为220V220V的交流电源上。它对的交流电源上。它对1111盏并联的盏并联的”36V”36V、60W”60W”的的灯泡供电并使它们正常发光，则（灯泡供电并使它们正常发光，则（1 1）变压器的副线圈匝数和）变压器的副线圈匝数和原线圈中的电流是多少？（原线圈中的电流是多少？（2 2）若关闭）若关闭5 5盏灯，原线圈中的电流盏灯，原线圈中的电流是多少？是多少？课本71页案例 一个理想变压器，原线圈匝数为n1=110012案例案例2 2、一台理想变压器原线圈匝数、一台理想变压器原线圈匝数n n1 111001100匝，两个副线匝，两个副线圈的匝数分别是圈的匝数分别是n n2 26060匝，匝，n n3 3600600匝。若通过两个副线圈匝。若通过两个副线圈中的电流分别为中的电流分别为I I2 21A1A，I I3 34A4A，求原线圈中的电流。，求原线圈中的电流。2.24A2.24A n1I1=n2I2+n3I3+n n3 3n n2 2n n1 1案例2、一台理想变压器原线圈匝数n11100匝，两个副线圈13四、几种常用变压器四、几种常用变压器2.2.自耦变压器自耦变压器U U2 2U U1 1A AB BP PU U1 1U U2 2n n1 1n n2 2升压变压器升压变压器n n1 1n n2 2U U1 1U U2 2降压变压器降压变压器 自耦变压器的原副线圈共用一个线圈自耦变压器的原副线圈共用一个线圈1.1.电力变压器电力变压器四、几种常用变压器2.自耦变压器U2U1ABPU1U2n1n14A A电流互感器电流互感器电压互感器电压互感器V V 使用时把原线圈与电使用时把原线圈与电路并联，原线圈匝数多路并联，原线圈匝数多于副线圈匝数于副线圈匝数 使用时把原线圈与电路串使用时把原线圈与电路串联，原线圈匝数少于副线圈联，原线圈匝数少于副线圈匝数匝数2 2、互感器、互感器钳式电流仪钳式电流仪如何测量高压线上的交流电压即线路中的电流？如何测量高压线上的交流电压即线路中的电流？A电流互感器电压互感器V 使用时把原线圈与电路并联，原线圈15例、利用如图的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，例、利用如图的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比若互感器原、副线圈的匝数比n n1 1n n2 2=1=1100100，交流电流，交流电流表表A A的示数是的示数是50 mA50 mA，则，则()解析解析:交流电流表示数为副线圈中电流的有效值，即交流电流表示数为副线圈中电流的有效值，即I I2 2=50 mA=0.05 A=50 mA=0.05 A，根据，根据原线圈原线圈(被测电路被测电路)中电流的最大值中电流的最大值C C例、利用如图的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器16作业作业171 1电压制约电压制约五、变压器工作时的制约关系五、变压器工作时的制约关系匝数比匝数比(n n1 1/n n2 2)、U U1 1确定时，电流确定时，电流I I1 1由输出电流由输出电流I I2 2决定决定匝数比匝数比(n n1 1/n n2 2)一定时，输出一定时，输出U U2 2由输入由输入U U1 1决定决定2 2电流制约电流制约:(1(1）P P2 2由用户负载决定，由用户负载决定，P P2 2P P负负1 1P P负负2 2；3 3负载制约负载制约输入功率是由输出功率决定的输入功率是由输出功率决定的(2)(2)I I2 2由用户负载及电压由用户负载及电压U U2 2确定，确定，(3)(3)“量出量出定定入入”，P P1 1P P2 2；1电压制约五、变压器工作时的制约关系匝数比(n1/n2)、18(1)(1)匝数比不变匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情，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况，进行动态分析的顺序是：注注意意：副副线线圈圈可可看看做做给给用用户户供供电电的的无无阻阻电电源源；对对负负载载电电路路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法4 4动态分析的两种常见情况动态分析的两种常见情况(2)(2)负载电阻不变负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的，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情况，进行动态分析的顺序是：(1)匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，19对对应应练习练习对理想变压器，下列说法中正确的是对理想变压器，下列说法中正确的是 ()A A原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大B B原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大C C原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化D D当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零A BA B对应练习A B20对对应应练练习习、如如图图所所示示有有一一理理想想变变压压器器，原原线线圈圈接接在在电电压压一一定定的的正正弦弦交交流流电电源源上上，副副线线圈圈电电路路中中接接入入电电阻阻R R1 1和和光光敏敏电电阻阻R R2 2,各各交交流流电电表表的的内内阻阻对对电电路路的的影影响响不不计计，当当有有光光照照射射电电阻阻R R2 2时，各电表的示数变化情况是时，各电表的示数变化情况是 ()A A电流表电流表A A1 1示数变大示数变大 B B电流表电流表A A2 2示数变小示数变小C C电压表电压表V V1 1示数变小示数变小 D D电压表电压表V V1 1示数变大示数变大A A对应练习、如图所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交211 1、电网供电概念：将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起、电网供电概念：将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来，形成全国性或地区性输电网络，这就是电网。来，形成全国性或地区性输电网络，这就是电网。2 2、电网供电优点：、电网供电优点：（1 1）减少发电设施的重复建设，降低运输成本）减少发电设施的重复建设，降低运输成本（2 2）可保证发电和供电的安全可靠，方便调整供需平衡使电力供）可保证发电和供电的安全可靠，方便调整供需平衡使电力供应更加可靠、质量更高。应更加可靠、质量更高。六、远程高压输电电路及计算六、远程高压输电电路及计算1、电网供电概念：将多个电厂发的电通过输电线、变电站连接起来22P P1 1=P=P2 2=P=PP P损损=I=I2 22 2R RP=PP=P3 3+P+P损损P P3 3=P=P4 4U U损损=I=I2 2R RU U3 3=U=U2 2-U-U损损电压关系电压关系功率关系功率关系电流关系电流关系I I2 2=I=I3 33 3、相关电路及计算：、相关电路及计算：U U U U1 1 1 1U U U U2 2 2 2U U U U3 3 3 3 U U U U4 4 4 4发发电电站站升压变压器升压变压器高压输电高压输电线路线路降压变压器降压变压器 用用电电单单位位 P1=P2=PP损=I22RP=P3+P损P3=P4U损=I23变压器的变压原理课件24题型一高压输电减小导线中电能损失的计算题型一高压输电减小导线中电能损失的计算题型及解法题型及解法题型二、对变压器原理的理解题型二、对变压器原理的理解题型三、变压器基本规律的应用题型三、变压器基本规律的应用题型四、变压器的动态分析题型四、变压器的动态分析题型五考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系题型五考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系题型一高压输电减小导线中电能损失的计算题型及解法题型二、对25例例1 1、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为有一个坑口电站，输送的电功率为P P=500kW=500kW，当使用，当使用U U=5kV=5kV的电压的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差示数相差48004800度。求：度。求：这时的输电效率这时的输电效率和输电线的总电阻和输电线的总电阻R R。若想使输电效率提高到若想使输电效率提高到98%98%，又不改变输电线，那么电站应使用，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？多高的电压向外输电？计算可得输电电压计算可得输电电压:输电线上损耗功率输电线上损耗功率题型一高压输电减小导线中电能损失的计算题型一高压输电减小导线中电能损失的计算例1、在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一26题型二、对变压器原理的理解及交变电流的特点认识题型二、对变压器原理的理解及交变电流的特点认识B CB C题型二、对变压器原理的理解及交变电流的特点认识B C27练练习习1 1如如图图所所示示，在在铁铁芯芯上上、下下分分别别绕绕有有匝匝数数n n1 1800800和和n n2 2200200的的两两个个线线圈圈，上上线线圈圈两两端端与与u u51sin 51sin 314314t t V V的的交交流流电电源源相相连连，将将下下线线圈圈两两端端接接交交流流电电压压表表，则则交交流流电压表的读数可能是电压表的读数可能是 ()A A7.0 V7.0 V B B9.0 V9.0 VC C12.7 V 12.7 V D D144.0 V144.0 VA练习1如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1800和n228 例例2、如如图图所所示示，一一台台有有两两个个副副线线圈圈的的变变压压器器，原原线线圈圈匝匝数数n n1 11100 1100 匝接入电压匝接入电压U U1 1220 V220 V的电路中的电路中(1)(1)要要求求在在两两个个副副线线圈圈上上分分别别得得到到电电压压U U2 26 6 V V，U U3 3110 110 V V，它们的匝数，它们的匝数n n2 2，n n3 3分别为多少？分别为多少？(2)(2)若若在在两两副副线线圈圈上上分分别别接接上上“6“6 V V 20 20 W”“110 W”“110 V V 60 60 W”W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？题型三、变压器基本规律的应用题型三、变压器基本规律的应用 例2、如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n129CC30题型四、变压器的动态分析题型四、变压器的动态分析 例例、为为探探究究理理想想变变压压器器原原、副副线线圈圈电电压压、电电流流的的关关系系，将将原原线线圈圈接接到到电电压压有有效效值值不不变变的的正正弦弦交交流流电电源源上上，副副线线圈圈连连接接相相同同的的灯灯泡泡L L1 1、L L2 2，电电路路中中分分别别接接了了理理想想交交流流电电压压表表V V1 1、V V2 2和和理理想想交交流流电电流流表表A A1 1、A A2 2，导导线线电电阻阻不不计计，如如图图所所示示当当开关开关S S闭合后闭合后 ()A.AA.A1 1示数变大，示数变大，A A1 1与与A A2 2示数的比值不变示数的比值不变B.AB.A1 1示数变大，示数变大，A A1 1与与A A2 2示数的比值变大示数的比值变大C.VC.V2 2示数变小，示数变小，V V1 1与与V V2 2示数的比值变大示数的比值变大D.VD.V2 2示数不变，示数不变，V V1 1与与V V2 2示数的比值不变示数的比值不变A D题型四、变压器的动态分析 例、为探究理想变压器原、副线31注意：注意：U U2 2由由U U1 1和匝数比决定；和匝数比决定；I I2 2由由U U2 2和负载电阻决定和负载电阻决定 I I1 1由由I I2 2和匝数比决定和匝数比决定练习练习4 4、如图所示电路中的变压器为理想变压器，、如图所示电路中的变压器为理想变压器，S S为单刀双为单刀双掷开关掷开关P P是滑动变阻器是滑动变阻器R R的滑动触头，的滑动触头，U U1 1 为加在原线圈两端的交变电压，为加在原线圈两端的交变电压，I I1 1、I I2 2 分别为原线圈和副线圈中的分别为原线圈和副线圈中的电流下列说法正确的是电流下列说法正确的是 （）A.A.保持保持P P的位置及的位置及U U1 1不变，不变，S S由由b b切换到切换到a a，则，则R R上消耗的功率减小上消耗的功率减小B B.保持保持P P的位置及的位置及U U1 1不变，不变，S S由由a a切换到切换到b b，则，则I I2 2减小减小C C.保持保持P P的位置及的位置及U U1 1 不变，不变，S S由由b b切换到切换到a a，则，则I I1 1增大增大 D.D.保持保持U U1 1不变，不变，S S接在接在b b端，将端，将P P向上滑动，则向上滑动，则 I I1 1减小减小 B CB C注意：U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定练习325.5.如图所示，理想变压器次级的负载是三个电灯，初级如图所示，理想变压器次级的负载是三个电灯，初级串一个电灯后接到电源上。四个电灯完全相同，且都正串一个电灯后接到电源上。四个电灯完全相同，且都正常发光。图中各理想电表读数间的关系为常发光。图中各理想电表读数间的关系为 ()()A.IA.IA1A1=I=IA2A2/3 B/3 B.I IA1A1=I=IA2A2C.UC.UV1V1=3U=3UV2V2 D D.U UV1V1=4 U=4 UV2V2题型五考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系题型五考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系B B、D D5.如图所示，理想变压器次级的负载是三个电灯，初级串一个电灯33变式练习变式练习:如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比比n n1 1：n n2 2=3=3：1 1，有四只相同的灯泡连入电路中，若灯泡，有四只相同的灯泡连入电路中，若灯泡L L2 2、L L3 3、L L4 4均能正常发光，则灯泡均能正常发光，则灯泡L L1 1 （）A A、也能正常发光、也能正常发光B B、较另三个灯暗些、较另三个灯暗些C C、将会烧坏、将会烧坏D D、不能确定、不能确定n2n n1 1L3L4L L1 1L2A A变式练习:如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比n1：n234例例6 6有一台内阻为有一台内阻为ll的发电机，供给一个学校照明用电，如图的发电机，供给一个学校照明用电，如图所示升压变压器匝数比为所示升压变压器匝数比为1414，降压变压器的匝数比为，降压变压器的匝数比为4141，输电线的总电阻，输电线的总电阻R=4R=4，全校共，全校共2222个班，每班有个班，每班有“220 V220 V，40W”40W”灯灯6 6盏若保证全部电灯正常发光，则：盏若保证全部电灯正常发光，则：（l l）发电机输出功率多大？）发电机输出功率多大？（2 2）发电机电动势多大？）发电机电动势多大？（3 3）输电线上损耗的电功率多大？）输电线上损耗的电功率多大？（4 4）输电效率是多少？）输电效率是多少？解（解（1 1）：变压器视为理想变压器）：变压器视为理想变压器 对升压变压器及输电线路对升压变压器及输电线路计算由用户向前递推计算由用户向前递推 所以发电机输出功率：所以发电机输出功率：P P出出=5424 W=5424 W 输电线上损耗的电功率输电线上损耗的电功率P PR R=I IR R2 2R R=144W=144W例6有一台内阻为l的发电机，供给一个学校照明用电，如图所示35（2 2）发电机电动势多大？）发电机电动势多大？（3 3）输电线上损耗的电功率多大？）输电线上损耗的电功率多大？（4 4）输电效率是多少？）输电效率是多少？（2）发电机电动势多大？36