变压器 电能的输送

精品文档 1欢迎下载 变压器变压器 电能的输送电能的输送 知识点一 知识点一 理想变压器理想变压器 1 构造 如图 10 2 1 所示 变压器由原线圈 副线圈和闭合铁芯组成 2 基本关系 1 电压关系 U1 U2 n1 n2 2 功率关系 P入 P出 3 电流关系 只有一个副线圈时 I1 I2 n2 n1 有多个副线圈时 U1I1 U2I2 U3I3 UnIn 知识点二 知识点二 远距离输电远距离输电 1 输电过程 如图 10 2 2 所示 图 10 2 2 2 电压损失 1 U U U 2 U IR 3 功率损失 1 P P P 2 P I2R 2R P U 4 减少输电线上电能损失的方法 1 减小输电线的电阻R线 由R线 知 可采用加大导线的横截面积 采用电阻率小的材料做导 L S 线 2 减小输电导线中的电流 在输电功率一定的情况下 根据P UI 要减小电流 必须提高输电电 压 1 在变电站里 经常要用交流电表监测电网上的强电流 所用的器材叫电流互感器 如下图所示中 能正确反映其工作原理的是 精品文档 2欢迎下载 解析 电流互感器的工作目的是把大电流变为小电流 因此原线圈的匝数少 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 答案 A 2 2012 新课标全国高考 自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈 原 副线圈都只取该线圈的某部 分 一升压式自耦调压变压器的电路如图 10 2 3 所示 其副线圈匝数可调 已知变压器线圈总匝数为 1 900 匝 原线圈为 1 100 匝 接在有效值为 220 V 的交流电源上 当变压器输出电压调至最大时 负载 R上的功率为 2 0 kW 设此时原线圈中电流有效值为I1 负载两端电压的有效值为U2 且变压器是理想的 则U2和I1分别约为 A 380 V 和 5 3 A B 380 V 和 9 1 A C 240 V 和 5 3 A D 240 V 和 9 1 A 解析 根据理想变压器电压比关系 代入数据解得副线圈两端的电压有效值U2 380 V U1 U2 n1 n2 因理想变压器原 副线圈输入和输出的功率相等 即P入 P出 U1I1 解得I1 9 1 A 选项 2 103 220 A B 正确 选项 A C D 错误 答案 B 3 图 10 2 4 是远距离输电的示意图 下列说法正确的是 A a是升压变压器 b是降压变压器 B a是降压变压器 b是升压变压器 C a的输出电压等于b的输入电压 D a的输出电压等于输电线上损失的电压 解析 远距离输电先升压 再降压 选项 A 正确而 B 错误 由于电线有电压损失 故a的输出 电压等于b的输入电压与损失的电压之和 选项 C D 均错 答案 A 4 如图 10 2 5 所示 一理想变压器的原副线圈匝数比为 5 1 正弦交流电源的内阻不计 电阻 R1 R2 4 R2消耗的功率为P2 100 W 则 A R1消耗的功率为 100 W B R1 R2中的电流之比为 1 5 C 原线圈两端电压的最大值为 100 V D 交流电源的输出功率等于 100 W 解析 由变压器的功率关系和R1 R2中的电流之比为 1 5 R2中电流为 1 A 消耗的功率为 4 W 选项 B 正确 A 错误 副线圈的输出电压为 20 V 原线圈两端电压的有效值为 100 V 最大值为 141 V 交流电源的输出功率等于两电阻消耗功率之和 为 104 W 选项 C D错误 答案 B 精品文档 3欢迎下载 理想变压器基本关系的应用 1 关于理想变压器的四点说明 1 变压器不能改变直流电压 2 变压器只能改变交 变电流的电压和电流 不能改变交变电流的频率 3 理想变压器本身不消耗能量 4 理想变压器基本关系中的U1 U2 I1 I2均为有效值 2 理想变压器的三个制约关系 1 输入电压U1决定输出电压U2 2 输出电流I2决定输入电流I1 3 输出功率P2决定输入功率P1 例题 1 如图 10 2 6 所示 一理想变压器原线圈的匝数n1 1 100 匝 副线圈的匝数n2 220 匝 交流电源的电压u 220sin 100 t V R为负载电阻 电压表 电流表均为理想电表 则下列说法 2 中正确的是 A 交流电的频率为 100 Hz B 电压表的示数为 44 V C 电流表 A1的示数大于电流表 A2的示数 D 变压器的输入功率大于输出功率 解析 由交流电源的电压u 220sin 100 t V 可得交流电的频率为 50 Hz 选项 A 错 2 误 变压器输入电压为 220 V 由变压公式知变压器输出电压为 44 V 电压表的示数为 44 V 选项 B 正 确 根据变压器电流关系知 电流表 A1的示数小于电流表 A2的示数 选项 C 错误 根据理想变压器功率 关系知 变压器的输入功率等于输出功率 选项 D 错误 答案 B 迁移应用 1 多选 如图 10 2 7 理想变压器原副线圈匝数之比为 4 1 原线圈接入一电压为u U0sin t的交流电源 副线圈接一个R 27 5 的负载电阻 若U0 220 V 100 rad s 则下述结 2 论正确的是 A 副线圈中电压表的读数为 55 V B 副线圈中输出交流电的周期为 s 1 100 C 原线圈中电流表的读数为 0 5 A D 原线圈中的输入功率为 110 W 2 解析 副线圈中电压表读数为副线圈电压的有效值U2 55 V A 对 副线圈中交流电的 n2U0 2n1 周期等于原线圈中交流电源电压的周期T s B 错 原线圈中的电流I1 0 5 2 1 50 I2n2 n1 U2n2 Rn1 A C 对 原线圈中的输入功率P 110 W D 错 U0I1 2 精品文档 4欢迎下载 答案 AC 变压器的动态分析问题 含有变压器的动态电路分析 一是要符合变压器的基本规律 电压 电流 功率关系 二是要遵循 欧姆定律 首先确定是哪些量在变 哪些量不变 然后根据相应的规律判定 具体问题具体分析 例题 2 多选 如图 10 2 8 所示 变压器初级线圈接电压一定的交流电 在下列措施中 能使原 线圈所接电流表示数变小的是 A 只将 S1从 2 拨向 1 B 只将 S2从 4 拨向 3 C 只将 S3从闭合改为断开 D 只将滑动变阻器R3的滑动触头下移 解析 只将开关 S1从 2 拨向 1 时 原线圈的匝数变少 根据电压与匝数成正比 副线圈上的电 压增大 则副线圈上的电流增大 所以原线圈上的电流也增大 故 A 错误 只将 S2从 4 拨向 3 时 副线 圈的匝数减少 则副线圈上的电压减小 电流减小 所以原线圈的电流也减小 故 B 正确 只将 S3从闭 合改为断开时 副线圈上的电阻增大 电流减小 所以原线圈的电流也减小 故 C 正确 只将滑动变阻 器R3滑动触头下移时 副线圈的电阻减小 则电流增大 原线圈的电流也增大 故 D 错误 答案 BC 迁移应用 2 多选 2013 广东省中山市期末 用电高峰期 电灯往往会变暗 其原理可简化为如下物理问 题 如图 10 2 9 理想变压器的副线圈上 通过输电线连接两只相同的灯泡 L1和 L2 输电线的等效电 阻为R 原线圈输入有效值恒定的交流电压 当开关 S 闭合时 以下说法正确的是 A 灯泡 L1两端的电压减小 B 电阻R两端的电压增大 C 副线圈输出电压减小 D 原线圈输入功率减小 解析 当开关 S 闭合时 输电线上电流增大 电阻R两端的电压增大 灯泡 L1两端的电压减小 选项 A B 正确 副线圈输出电压不变 原线圈输入功率增大 选项 C D 错误 答案 AB 远距离输电问题 1 输电线路的特点和组成 为了减少远距离输电过程中的电能损失 一般采用高压输电的模式 先用升压变压器将电压升高 将电输送到用电区后 再用降压变压器将高电压变成用电器所需的电压值 如图 10 2 10 为输电过程 的示意图 精品文档 5欢迎下载 图 10 2 10 2 输电过程的电压关系和功率关系 1 输电过程的电压关系 2 输电过程功率的关系 例题 3 学校有一台应急备用发电机 内阻为r 1 升压变压器匝数比为 1 4 降压变压器的 匝数比为 4 1 输电线的总电阻为R 4 全校 22 个教室 每个教室用 220 V 40 W 的灯 6 盏 要 求所有灯都正常发光 如图 10 2 11 所示 求 1 发电机的输出功率多大 2 发电机的电动势多大 3 输电线上损耗的电功率多大 解析 1 所有灯都正常工作的总功率为 22 6 40 W 5 280W 用电器总电流为I2 A 24 A P2 U2 5 280 220 输电线上的电流I1 IR I2 6 A I2 4 降压变压器上U2 4U2 880 V 输电线上的电压损失为UR IRR 24 V 因此升压变压器的输出电压为U1 UR U2 904 V 输入电压为U1 226 V U1 4 输入电流为I1 4I1 24 A 所以发电机的输出功率为P出 U1I1 5 424 W 2 发电机的电动势E U1 I1r 250 V 3 输电线上损耗的电功率PR I R 144 W 2R 精品文档 6欢迎下载 答案 1 5 424W 2 250 V 3 144 W 迁移应用 3 多选 某小型水电站的电能输送示意图如图 10 2 12 所示 发电机的输出电压为 220 V 输电 线总电阻为r 升压变压器原副线圈匝数分别为n1 n2 降压变压器原副线圈匝数分别为n3 n4 变压器均 为理想变压器 要使额定电压为 220 V 的用电器正常工作 则 图 10 2 12 A n1 n2 n4 n3 B 通过升压变压器原 副线圈电流的频率不同 C 升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 D 若n2增大 则输电线上损失的电压减小 解析 要使额定电压为 220 V 的用电器正常工作 选项 A 错误 通过升压变压器原 n1 n2 n4 n3 副线圈电流的频率相同 选项 B 错误 由于输电线发热损失 升压变压器的输出功率大于降压变压器的 输入功率 选项 C 正确 若n2增大 则输电线上电流减小 损失的电压减小 选项 D 正确 答案 CD 失分点 交变电流和变压器综合 分析不准确 例题 2011 福建高考 图 10 2 13 甲中理想变压器原 副线圈的匝数之比n1 n2 5 1 电阻 R 20 L1 L2为规格相同的两只小灯泡 S1为单刀双掷开关 原线圈接正弦交变电源 输入电压u随 时间t的变化关系如图乙所示 现将 S1接 1 S2闭合 此时 L2正常发光 下列说法正确的是 A 输入电压u的表达式u 20sin 50 t V 2 B 只断开 S2后 L1 L2均正常发光 C 只断开 S2后 原线圈的输入功率增大 D 若 S1换接到 2 后 R消耗的电功率为 0 8 W 失误原因分析 1 不能根据图象信息正确得到瞬时值表达式 2 含变压器的交变电路的动态分析出现失误 解析 由图乙知周期为 0 02 s 因此输入电压的表达式为u 20sin 100 t V A 错 只断 2 开 S2 L1 L2两端的电压小于额定电压 都不能正常发光 B 错 只断开 S2 负载电阻变大 功率变小 C 错 S1换接到 2 后 据P 和 得R消耗的功率为 0 8 W 故选 D U2 出 R U入 U出 n1 n2 答案 D 精品文档 7欢迎下载 即学即用 2012 福建高考 如图 10 2 14 所示 理想变压器原线圈输入电压u Umsin t 副线圈电路中R0 为定值电阻 R是滑动变阻器 V1 和 V2 是理想交流电压表 示数分别用U1和U2表示 A1 和 A2 是理想交流电流表 示数分别用I1和I2表示 下列说法正确的是 A I1和I2表示电流的瞬时值 B U1和U2表示电压的最大