2018-2019学年高中物理 第五章 交变电流 5.4 变压器知识要点归纳学案 新人教版选修3-2.doc

5.4 变压器【要点梳理】要点一、 变压器的原理1构造：变压器由一个闭合的铁芯、原线圈和副线圈组成，两个线圈都是由绝缘导线绕制而成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。是用来改变交流电压的装置（单相变压器的构造示意图及电路图中的符号分别如图甲、乙所示）。 2工作原理 变压器的变压原理是电磁感应。如图所示，当原线圈上加交流电压时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势。如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势。由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈。其能量转换方式为：原线圈电能磁场能副线圈电能。要点诠释：（1）在变压器原副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象。 （2）互感现象是变压器工作的基础：变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化。 （3）变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中不引起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用。要点二、 理想变压器的规律 1理想变压器 没有漏磁（磁通量全部集中在铁芯内）和发热损失（原、副线圈及铁芯上的电流的热效应不计）的变压器，即没有能量损失的变压器叫做理想变压器。要点诠释：（1）因为理想变压器不计一切电磁能量损失，因此，理想变压器的输入功率等于输出功率。 （2）实际变压器（特别是大型变压器）一般都可以看成是理想变压器。 2电压关系 根据知识点一图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数分别为，原线圈两端加交变电压，通过闭合铁芯的磁通量发生改变。由于穿过原、副线圈的磁通量变化率相同，在原、副线圈两端分别产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律得，于是有。 对于理想变压器，不考虑原、副线圈的电压损失，则，即。同理，当有几组副线圈时，则有要点诠释：（1），无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。 （2）据知，当时，这种变压器称为升压变压器；当时，这种变压器称为降压变压器。 （3）变压器的电动势关系、电压关系是有效值（或最大值）间的关系。 3功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，。 4电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时：，得； 当有多个副线圈时：得，要点诠释：（1）由知，对于只有一个副线圈的变压器：电流和匝数成反比。因此，变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制。 （2）变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系要分副线圈有一个还是多个两种情形。 （3）变压器能改变交流电压、交变电流，但不改变功率和交变电流的频率，输入功率总等于输出功率，副线圈中交变电流的频率总等于原线圈中交变电流的频率。（4）变压器的电流关系也是有效值（或最大值）间的关系。要点三、 几种常用的变压器 1自耦变压器 特点：只有一个线圈，三个抽头，可升压，也可降压。 2调压变压器 特点：属于自耦变压器，但电压可连续调节。 3互感器电压互感器：高电压变为低电压。用处：测量交流高电压，并联在电路中。如图甲所示。 电流互感器：大电流变为小电流。用处：测量交流大电流，串联在电路中。如图乙所示。 要点诠释：（1）电压互感器是降压变压器，据，知。 （2）电流互感器是升压变压器，据，知。（3）使用互感器时，一定要将互感器的外壳和副线圈接地。要点四、理想变压器各物理量变化的决定因素 如图所示，当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，要确定其他物理量变化，可依据下列原则： （1）输入电压决定输出电压，这是因为输出电压，当不变时，不论负载电阻变化与否，不会改变。 （2）输出电流决定输入电流，在输入电压一定的情况下，输出电压U2也被完全确定。当负载电阻增大时，减小，则相应减小，当负载电阻减小时，增大，则相应增大，在使用变压器时，不能使变压器次级短路。 （3）输出功率决定输入功率，理想变压器的输出功率与输入功率相等，即。在输入电压一定的情况下，当负载电阻增大时，减小，则变压器输出功率减小，输入功率也将相应减小；当负载电阻减小时，增大，变压器的输出功率增大，则输入功率也将增大。要点诠释：对于变压器，是用多少电能就输入多少电能，而不是输入多少电能就用多少电能。要点五、含有变压器的动态电路分析 变压器的动态电路分析，一是要符合变压器的基本规律（电压、电流、功率关系）；二是要遵循欧姆定律。首先确定是哪些量在变，哪些量不变，然后根据相应的规律判断，具体问题具体分析。 （1）原、副线圈匝数比不变，分析原、副线圈的电压、，电流、，输出和输入功率、随负载电阻变化而变化的情况。将变压器接到交流电源上，原线圈的输入电压为，副线圈两端电压为定值，流过副线圈的电流随负载电阻的减小而增大，变压器输出功率也随着增大，不计变压器损失的能量，则变压器输入功率也增大，流过原线圈的电流也增大。进行动态分析的顺序是。 （2）负载不变，上述物理量随原线圈、副线圈匝数比的变化而变化的情况：一般情况下，我们认为原线圈输入电压和匝数不变，当副线圈匝数增大时，副线圈两端电压增大，流过副线圈的电流增大，变压器输出功率增大，则理想变压器的输入功率增大，流过原线圈的电流增大。要点六、线圈串、并联的分析和计算方法 对于线圈的串、并联，与电阻的串、并联相类似，一方面要判断两线圈两接头的连接关系，另一方面还要判断两线圈的绕向关系。 判断方法：可假定某时刻一线圈中有某一流向的电流，例如下图中两线圈，将相连，作为输出端，假设电流从端流入，则两线圈电流反向，故两线圈磁通量相抵消，其匝数为两线圈匝数差。