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    高中物理第五章第4课《变压器》(选修3-2)

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    课程内容

    《变压器》
    各种用电器的额定工作电压可以各不相同,各种发电机的输出电压相差很大,为了能够实现电压的改变,以适应各种不同的需要,在交流电路中的变压器就起到了这种作用,变压器是改变交流电压的设备。
    一、变压器原理
    1、变压器的构造
    变压器是由套在闭合铁芯上的原、副两线圈组成。
    跟电源连接的线圈叫原线圈,也叫初级线圈,跟负载连接的线圈叫副线圈,也叫次级线圈,两线圈由绝缘导线绕制,铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成。
    在原线圈上加上交变电压,原线圈中就有交流电,在铁芯中产生交变磁通量,原、副线圈中都产生感应电动势,若副线圈接有负载,就产生感应电流。——互感
    2、变压器的工作原理
    (1)互感现象: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到磁场能再到电能的转化。
    (3)变压器只能工作在交流电路。
    二、理想变压器
    1、不计漏磁,略去原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器,称为理想变压器。
    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、理想变压器的工作规律
    (1)电动势关系
    由于互感现象,没有漏磁,原、副线圈中具有相同的△Φ/t,根据法拉第电磁感应定律有:
       E1=n1·△Φ/△t    E2=n2·△Φ/△t
       所以:E1/E2=n1/n2
    (2)电压关系
    由于不计原、副线圈的电阻,因而:
       U1=E1,U2=E2
       所以:U1/U2=n1/n2
    n2>n1时,U2>U1,这种变压器叫做升压变压器。
    n2<n1时,U2<U1,这种变压器叫做降压变压器。
    (3)电流关系
    由于不存在各种电磁能量损失,输入功率等于输出功率P1=P2,即:U1I1=U2I2
       所以:I1/I2=U2/U1=n2/n1
    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电流大,应用较粗的导线绕制。
    需要注意:
    1、变压器的电动势、电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立,而电流关系只适用于有一个副线圈的变压器,若为多个副线圈的变压器,电流和匝数的关系要从功率关系导出。
    2、变压器的电动势关系、电压关系、电流关系是有效值(或最大值)间的关系,在某一瞬时其关系不成立。
    3、变压器虽能改变电压、电流,但不能改变功率和频率,输入功率总等于输出的总功率,次级交变电流的频率总等于初级交变电流的频率。
    三、几种常见的变压器
    互感器
    互感器也是一种变压器,它可以把不能直接测量的高电压、大电流变换成低电压、小电流后再测量。
    (1)电压互感器:把高电压变成低电压,变压比U1/U2,在电路中的连接如图所示。
    (2)电流互感器:把大电流变成小电流,变流比I1/I2,在电路中的连接如图所示。

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