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第三章 交變電流
第3節(jié) 變壓器
生活中需要各種電壓
用電器 額定工作電壓 用電器 額定工作電壓
隨身聽 約3V 機床上的照明燈 約36V
手機充電器 約5V 電蚊拍 約3000V
但我們國家民用統(tǒng)一供電均為220V，工廠電動機工作電壓為380V，那么如何使這些額定電壓不是220V的電器設備正常工作的呢？
變壓器
變壓器就是改變交流電壓的設備
形形色色的變壓器
線圈1
閉合鐵芯
線圈2
由涂絕緣漆的硅鋼片疊合而成。
鐵芯
主要由閉合的鐵芯和繞在鐵芯上的兩組或兩組以上的線圈組成。
用高強度漆包線繞制而成。
線圈
閉合鐵芯
原線圈
副線圈
原線圈(初級線圈):接交流電源
兩端電壓為U1，稱為輸入電壓。
其匝數(shù)用n1表示，與交變電源相連。
副線圈(次級線圈):接用電器
兩端電壓為U2，稱為輸出電壓。
其匝數(shù)用n2表示，與負載相連。
原線圈
副線圈
鐵芯
U1
U2
一.變壓器的結構：由原線圈、閉合鐵芯、副線圈組成
n1
n2
~
變壓器的符號：
n1
n2
n1
n2
無鐵芯
有鐵芯
變壓器的工作原理
U1
U2
n1
n2
~
I1
I1
原線圈兩端加上交變電壓U1
原線圈中就有
交變電流I1通過
鐵芯中產(chǎn)生
交變的磁場
鐵芯中的磁通量就發(fā)生變化
副線圈也繞在同一鐵芯上
穿過副線圈的磁通量變化
副線圈產(chǎn)生
感應電動勢E2
（交變電壓）
若線圈電阻不計，則認為U2=E2
如果副線圈兩端連接負載構成形成閉合回路
副線圈中就有交變電流I2通過
~
雖然原、副線圈的導線互不相連，卻可通過變化的磁場傳送電能。
“電磁感應”
R
E2
通過鐵芯傳遞
電能
磁場能
電能
二.變壓器的工作原理：
互感現(xiàn)象
理想變壓器：無銅損、無鐵損、無磁損
(1)銅損：變壓器的線圈有內(nèi)阻，電流通過時發(fā)熱所損失的能量。
(2)鐵損：鐵芯在交變磁場中產(chǎn)生渦流，使鐵芯發(fā)熱所損失的能量。
(3)磁損：漏磁損失能量
在原線圈上加交變電壓，原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，這個變化的磁通量不僅穿過原線圈，也穿過副線圈，并在副線圈中產(chǎn)生相應的感應電動勢。如果在副線圈兩端接入負載構成閉合回路，回路中就會形成交變電流。
主要
鐵芯用彼此絕緣的多層硅鋼片制成
二.變壓器的工作原理：
互感現(xiàn)象
關于理想變壓器的四點注意：
(1)變壓器不能改變恒定電流。
(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率。
(3)理想變壓器本身不消耗能量，所以沒有能量損失。
(4)理想變壓器沒有磁通量損失，磁通量全部集中在鐵芯中。
四.理想變壓器的基本關系
1.原、副線圈兩端電壓的關系
即理想變壓器原副線圈的端電壓之比等于這兩個線圈的匝數(shù)之比。
若n2 若n2 >n1 ，則U2>U1 ，為升壓變壓器。
四、理想變壓器的基本關系
2.原、副線圈輸入與輸出功率的關系
理想變壓器無電磁能量損失，所以，
3.原、副線圈中的電流關系
P1= U1I1
P2=U2I2
即理想變壓器原副線圈的電流之比等于這原副線圈匝數(shù)的反比。
變壓器工作時，高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細的導線繞制；低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應當用較粗的導線繞制。 這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。
例1. 理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比 n1 : n2 ＝ 4 : 1，當導體棒在勻強磁場中向左勻速直線運動切割磁感線時，圖中電流表 A1 的示數(shù) 12 mA，則電流表 A2 的示數(shù)為 ( )
A．3 mA
B．0
C．48 mA
D．與負載 R 的值有關
B
n1
n2
A1
A2
v
B
BD
B
B
B
4.若有多個副線圈時
四.理想變壓器的基本關系
由于互感
若不考慮原副線圈的內(nèi)阻，則U1=E1；U2=E2；U3=E3
（1）電壓關系：
I2
n2
U2
I1
n1
U1
I3
n3
U3
4.若有多個副線圈時
四.理想變壓器的基本關系
（2）功率關系：
理想變壓器無電磁能量損失，所以，
（3）電流關系：
B
B
B
3. 初級線圈連接元件時：
為了借助歐姆定律單獨對原線圈回路進行分析，可把原線圈當用電器，等效電阻為，
k為線圈匝數(shù)比，R副為副線圈總電阻。
U2
R原
A
B
D
例12．如圖，理想變壓器原線圈匝數(shù)為1 100匝，接有一阻值為R的電阻，電壓表V1示數(shù)為110.0 V。副線圈接有一個阻值恒為RL的燈泡，繞過鐵芯的單匝線圈接有一理想電壓表V2，示數(shù)為0.10 V。已知RL∶R＝4∶1，則副線圈的匝數(shù)為(　 )
A．225
B．550
C．2 200
D．4 400
C
例13．如圖甲所示的充電器正在給手機充電。乙圖是簡化原理圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為55∶2，原線圈接220 V交流電，副線圈通過理想二極管連接手機。下列說法正確的是(　 )
A．副線圈的電流為8 A
B．手機兩端的電壓為8 V
C．通過手機的電流為直流電
D．拔掉手機，充電線兩端電壓為零
C
五.理想變壓器的制約關系
1.變壓器工作時的四個制約關系
“量出為入”，
即用戶消耗多少，原線圈就提供多少。
2．理想變壓器動態(tài)問題的處理方法
(1)抓住三個決定原則：
輸入電壓U1決定輸出電壓U2；
輸出電流I2決定輸入電流I1；
輸出功率P2決定輸入功率P1。
(2)可以把理想變壓器的副線圈看作給用戶供電的無阻電源，對負載電路進行動態(tài)分析時，可以參照直流電路動態(tài)分析的方法。
五.理想變壓器的制約關系
D
A
BD
C
C
五.幾種常用變壓器
1.自耦變壓器：
原副線圈共用一個線圈
U2
U1
A
B
P
U1
U2
n1
n2
升壓變壓器
n1
n2
U1
U2
降壓變壓器
C
2.儀用變壓器：用于測量儀表和繼電保護裝置。
電流互感器
電壓互感器
電壓互感器用來測量高電壓，電流互感器用來測量大電流，都很危險。為了安全，電壓互感器和電流互感器在工作時，它們的鐵殼和副線圈都應該接地。
屬降壓變壓器，并聯(lián)在電路中，用于測量高電壓（將高壓降低，便于測量）
屬升壓變壓器（降流變壓器），串聯(lián)在電路中，用于測量大電流（將高壓降低，便于測量）。
BC

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