变压器问题的几种特殊情况
2018-12-06山东赵世渭
山东 赵世渭
一、交流电频率变化导致电压、电流变化
【例1】如图1所示，将手摇交流发电机与一理想变压器的原线圈相连，副线圈电路中接有三个定值电阻、开关、灯泡及一个压敏电阻。压敏电阻具有这样的特点：只有加在它两端的电压大于某一值时，才会有电流通过。现将手摇发电机的手柄匀速转动，小灯泡周期性的闪亮，闭合开关后，小灯泡不再闪亮。下列说法正确的是
( )
图1
A.将滑动头P向上滑动，可能使灯泡继续闪亮，且闪亮频率不变
B.将滑动头P向下滑动，可能使灯泡继续闪亮，但闪亮频率变小
C.将滑动头P向上滑动，可能使灯泡继续闪亮，但闪亮频率变大
D.增大发电机手柄的转速，可能使灯泡继续闪亮，但闪亮频率变大
【答案】AD
【点评】线圈匝数的变化会导致副线圈输出电压发生变化，但不能改变交流电的频率。转速的变化，不但使交流电的频率改变，也能使发电机产生的电动势改变，进而使灯泡亮度发生变化。
二、穿过原、副线圈的磁通量不相等
( )
图2
A.15 V B.30 V C.60 V D.120 V
【答案】B
【点评】此类变压器问题要弄清穿过原线圈的磁通量的变化率与穿过副线圈磁通量的变化率不相等，再根据法拉第电磁感应定律推导U1与U2的关系，实质上是要准确理解变压器的工作原理。
三、构建等效电源
【例3】如图3所示，理想变压器的副线圈接有三个完全相同的灯泡L1、L2和L3，在原线圈输入电压U一定的情况下，开始时开关S断开，现闭合开关S，下列判断正确的是
( )
图3
A.L1、L2都变亮
B.L1、L2都变暗
C.变压器的输入功率减小
D.闭合开关S后，L2、L3消耗的功率之和小于S断开时L2消耗的功率
【解析】原、副线圈匝数及原线圈输入电压U1不变，则副线圈输出电压U2不变。S闭合后，输出端回路总电阻减小，电流I2增大，L1变亮，L2电压减小，亮度变暗，选项AB错误；由P2=U2I2可知，输出功率增大，则输入功率增大，选项C错误；副线圈相当于电源，将L1等效为电源内阻。S断开时，电源内阻等于外电阻，电源的输出功率最大，当闭合S后，L2、L3所在电路视为外电路，并联阻值小于L1的电阻值，即外电阻小于内阻，电源的输出功率减小，选项D正确。
【答案】D
【点评】变压器的副线圈相当于电源，跟其连接的负载构成闭合回路。将L1等效为电源内阻，结合直流电路中电源的输出功率与外电阻之间的关系图象即可作出判断。
四、副线圈接有二极管
【例4】如图4甲所示，一理想变压器的原、副线圈的匝数比是10∶1。原线圈接入如图4乙所示的正弦交流电，一只理想二极管和一个阻值为20 Ω的滑动变阻器串联后接在副线圈上，滑片位于正中央，两电表均为理想电表。则
( )
图4
B.电流表示数为0.11 A
C.当滑片向b端滑动时，两电表示数均变大
【答案】BD
五、原线圈并联负载
【例5】如图5所示 ，a、b两端接在电压有效值恒定的正弦交流电源上 ，L1、 L2、 L3是三个相同的灯泡，T为理想变压器 ， 开关S断开时 ， 灯泡L1、 L2、 L3亮度相同 ( 未达到正常发光状态 )， 若闭合S。下列判断正确的是
( )
图5
A.灯泡L1变亮
B.灯泡L2、L3变暗
C.原、副线圈两端的电压比为2∶1
D.原线圈中增加的电流大于副线圈中增加的电流
【解析】根据题意开关S断开时 ， 灯泡L1、 L2、 L3亮度相同 ， 即三只灯泡两端的电压相等 ，L1两端的电压等于原线圈两端的电压 ，U1=U， 副线圈两端的电压U2=2U，故原副线圈两端的电压比为1∶2，故选项C错误；闭合S后，因L1并联在原线圈两端 ， 原线圈电压不变 ， 灯泡L1亮度不变， 副线圈两端的电压不变，灯泡L2、L3两端电压不变，亮度不变，选项AB错误；根据电流与匝数成反比可知，原线圈电流是副线圈的2倍，所以电流增加量也是副线圈的2倍，即原线圈中增加的电流大于副线圈中增加的电流，选项 D正确。
【答案】D
【点评】输出电压是由输入电压和匝数比决定的，输入功率的大小是由输出功率的大小决定的，电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，根据理想变压器的工作原理分析即可。
六、原线圈串联负载
( )
图6
B.电压表示数为40 V
C.R1、R2两端的电压之比为5∶1
D.R1、R2消耗的功率之比为1∶5
【答案】D
【点评】特别应注意的是电阻R1两端电压UR1不等于原线圈两端电压U1，处理时可用U2或I2表示出UR1及U1，再根据电源电压U=UR1+U1进行计算，作出判断。
