探究四種典型變壓器類型

■浙江省諸暨榮懷學校 陳 君

探究四種典型變壓器類型

■浙江省諸暨榮懷學校 陳 君

變壓器與生產和生活緊密相連,在各地各類考試中的考查頻度較高。一原一副線圈變壓器、一原多副線圈變壓器、自耦變壓器、互感器是同學們在高中階段常見的四種典型變壓器模型。只有熟練掌握變壓器的工作原理,才能在遇到各種變壓器問題時成竹在胸。

一、一原一副線圈變壓器

一原一副線圈變壓器是同學們最先接觸的,也是最常見的變壓器模型。如果題目中明確表示將變壓器理想化,則其滿足原、副線圈的電壓與匝數成正比,電流與匝數成反比,輸入功率等于輸出功率等關系;如果變壓器沒有被理想化,則需考慮磁漏、電壓損失、能量損失等情況。

如圖1所示,一理想變壓器原、副線圈的匝數比為n1∶n2=4∶1,原線圈a、b間接電壓u= 2202sin100πtV的交流電源,燈泡L標有“36V,18W”字樣。當滑動變阻器R的滑片處在某位置時,電流表示數為0.25A,燈泡L剛好正常發光,則( )。

A.滑動變阻器R消耗的功率為36WB.定值電阻R0的阻值為19Ω

C.流過燈泡L交變電流的頻率為25HzD.將滑動變阻器R的滑片向上滑動時,燈泡L變暗

圖1

圖2

如圖2所示,在鐵芯上、下分別繞有匝數n1= 800和n2=200的兩個線圈,上線圈兩端與交流電源u= 51sin314tV相連,下線圈兩端接交流電壓表,則該交流電壓表的讀數可能是( )。

A.6V B.9V

C.12.7V D.144V

二、一原多副線圈變壓器

在具有兩個或兩個以上副線圈的理想變壓器問題中,根據能量關系可以推導出原、副線圈的電壓關系=……,電流關系為n1I1=n2I2+n3I3+……,功率關系為P1=P2+P3+……。如圖3所示,一理想變壓器的原線圈接在有效值為220V的正弦式交流電源上,兩副線圈的匝數分別為n2=16、n3=144。該變壓器與理想二極管、單刀雙擲開關、標有“36V,18W”字樣的燈泡相連(燈絲電阻不隨溫度而改變)。當開關接1時,燈泡正常發光,求:

(1)原線圈的匝數n1。

圖3

(2)當開關接2時,燈泡兩端電壓的有效值。

三、自耦變壓器

自耦變壓器,又稱調壓器,它只有一個線圈,線圈的一部分作為另一個線圈,當交流電源接不同的端點時,它可以升壓也可以降壓,如圖4所示。理想變壓器的基本關系對自耦變壓器均適用。

圖4

一升壓式自耦變壓器的電路如圖5所示,其副線圈匝數可調。已知該變壓器線圈的總匝數n=1900,原線圈匝數n1=1100,原線圈接在有效值為220V的交流電源上。當變壓器輸出電壓調至最大時,負載R消耗的功率為2kW。設此時原線圈中電流的有效值為I1,負載R兩端電壓的有效值為U2,且變壓器是理想的,則U2和I1分別約為( )。

圖5

A.380V和5.3A

B.380V和9.1A

C.240V和5.3A

D.240V和9.1A

解析：因為變壓器是理想的,所以原、副線圈的電壓與匝數成正比,輸出功率等于輸入功率。設該變壓器副線圈的匝數為n2,則

四、互感器

互感器有電壓互感器和電流互感器之分。電壓互感器的原線圈并聯在高壓電路中,副線圈連接電壓表,其作用是將高電壓變為低電壓,如圖6甲所示;電流互感器的原線圈串聯在交流電路中,副線圈連接電流表,其作用是將大電流變成小電流,如圖6乙所示。

圖6

如圖7所示,L1、L2是輸電線,甲是電壓互感器,乙是電流互感器。若已知變壓比為1000∶1,變流比為100∶1,電壓表示數為220V,電流表示數為10A,則輸電線的輸送功率為( )。

圖7

A.2.2×103WB.2.2×10-2W

C.2.2×108W D.2.2×104W

解析：由變壓比為1000∶1,電壓表示數為220V,解得輸電線中的電壓U=2.2× 105V;由變流比為100∶1,電流表示數為10A,解得輸電線中的電流I=1×103A。因此輸電線的輸送功率P=U I=2.2× 108W。答案為C。

(責任編輯 張 巧)