高中物理变压器及电感和电容对交变电流的影响.doc

变压器 电能的输送 一、理想变压器 1．原理：其工作原理是利用了电磁感应原理，互感现象。特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压．不能改变恒定电流的电压。 2．在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有：E1?n1??1?t，E2?n2??2?t忽略原、副线圈内阻，有 U1＝E1 ，U2＝E2 另外，考虑到铁芯的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有 ??1???2 U1n1?由此便可得理想变压器的电压变化规律为U2n2在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内 能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有而P1?P2 而P1?I1U1 P2?I2U2 于是又得理想变压器的电流变化规律为U1I1?U2I2,I1n2?I2n1 由此可见：（1）理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗。（2）理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想条件下的新的表现形式． 要求熟记理想变压器的两个基本公式是：⑴ U1n1?U2n2，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。 ⑵P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。 需要特别引起注意的是：⑴只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：U1I1?U2I2,I1n2?I2n1 ?n2U1?⑵变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：P??UI?111?n??/R，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与 ?1? 副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载”。“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率。实际上，R越大，负载越小；R越小，负载越大。这一点在审题时要特别注意。 3.两种常见的变压器（1）自耦变压器：铁芯上只绕一个线圈，可升压，可降压。（2） 互感器（外壳和副线圈要接地） 电压互感器：要把高电压变为低电压，原线圈的匝数比副线圈的匝数多，测高电压。 电流互感器：要把大电流变为小电流，原线圈的匝数比副线圈的匝数少，测小电流。 【例1】 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。 2 解：由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而应该用P1=P2+P3和U∝n。由U∝n可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。 【例2】在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是 零 火线 零线 A. B. C. D. 解：电流互感器要把大电流变为小电流，原线圈的匝数少，副线圈的匝数多。监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中。选A。 4．解决变压器问题的常用方法 思路1 电压思路.变压器原、副线圈的电压之比为U1/U2=n1/n2；当变压器有多个副绕组时U1/n1 =U2/n2=U3/n3=?? 思路2 功率思路.理想变压器的输入、输出功率为P入=P出，即P1=P2 ；当变压器有多个副绕组时P1=P2+P3+?? 思路3 电流思路.由I=P/U知，对只有一个副绕组的变压器有I1/I2=n2/n1；当变压器有多个副绕组时n1I1=n2I2+n3I3+?? 思路4 （变压器动态问题）制约思路. （1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2=n2U1/n1，可简述为“原制约副”.（2）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I 2决定，即I1=n2I2/n1，可简述为“副制约原”.（3）负载制约：①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2=P负1+P负2+?；②变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2=P2/U2；③总功率P总=P线+P2. UUn?I?2RPP动态分析问题的思路程序：U1U2n21?P2(I1U1?I2U2)1?I1U1负载????????I??????P1 ??????U???????I??122决定决定决定决定 思路5 原理思路.变压器原线圈中磁通量发生