专题-变压器的动态分析

1、图5图6m决定Pi-P2(IiUi-I2U2)决定专题 变压器的动态分析【思想方法指导】处理变压器的动态分析，首先应明确“不变量”和“变化量”，对变化量要把握它们之间的制约关系，依据程序分析的思想，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况.【规律总结】1 .首先明确变压器各物理量间的制约关系.变压器原、副线圈匝数n1、n2确定，U1决定了 U2,与输出端有无负载、负载大小无关，也与变压器有无其他副线圈无关.U2与负载电阻R,通过欧姆定律决定了输出电流I2的大小，输出功率 P2决定输入功率P1, P1 = U1I1 ,从而决定I1大小，2 .分清动态变化中哪个量

2、变化，结合串、并联电路的特点.欧姆定律及变压器各物理量间因果关系依次 确定.1 .匝数比不变的情况（如图5所示）.、 Ui ni 一、，.（i）Ui不变，根据了 =不，输入电压Ui决te输出电压5,不论 负载电阻R如何变化，U2不变.（2）当负载电阻发生变化时，|2变化，输出电流I2决定输入电流|1,故|1发生变化.（3）|2变化引起P2变化，P1=B，故P1发生变化.2 .负载电阻不变的情况（如图6所示）n1（1）U1不变，n发生变化，故U2变化.（2）R不变，U2变化，故|2发生变化.2U2（3）根据P2=W，P2发生变化，再根据 P1=P2,故P1变化,RP1=U1|1, U1不变， 故

3、|1发生变化.3 .分析动态问题的思路程序可表示为Word资料导线电阻不计，如图所示.当开关 S闭合后（）A. A1示数变大,B. A1示数变大,C. V2示数变小,D. V2示数不变,11【典型例题】例题一：为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想变流电压表V1、V2和理想交流电流表 A1、A2,A1与A示数的比值不变A1与A2示数的比值变大V1与V2示数的比值变大V1与V2示数的比值不变例题二：如图8所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头,原线圈两端接电压

4、恒定的交变电流，则能使原线圈的输入功率 变大的是（）B.保持P的位置不变,S由a切换到bA.保持P的位置不变，S由b切换到aC. S掷于b位置不动，P向上滑动D. S掷于b位置不动，P向下滑动Ui时，副线圈的输出电压例题三：如图所示，理想变压器的输入端接正弦交流电， 副线圈上通 过输电线接有两个相同的灯泡 Li和L2；输电线的等效电阻为 R,开始 时，电键K断开.当K接通时，以下说法中正确的是A.副线圈的两端 M、N的输出电压减小B.副线圈输电线等效电阻 R上的电压增大C.通过灯泡Li的电流减小D.原线圈中的电流增大例题四：如图所示，变压器的原、副线圈的匝数比一定，原线圈的电压为 为U2, L

5、i、L2、L3为三只完全相同的电灯，开始时，电键 K开启，然后当电键 K闭合时.若将该线路与交流电源接A.电压Ui不变，U2变大B.电灯Li变亮，L2变暗C.电灯Li变暗，L2变亮 D.原线圈中的电流变大例题五：如图，为一理想变压器， K为单刀双掷开关，P为滑动 变阻器的滑动触头， Ui为加在原线圈两端的电压， Ii为原线圈中 的电流强度，则A.保持Ui及P的位置不变，K由a合到b时，Ii将增大B.保才I Ui及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小C.保才I Ui不变，K合在a处，使P上滑，Ii将增大例题六：有5个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原、副线圈中，如图所示D.保持P的位置

6、不变，K合在a处，若Ui增大，Ii将增大S接在位置2时，灯泡均未烧坏.则下列可通，且开关S接在位置i时，5个灯泡发光亮度相同；若将开关 能的是 （）A.该变压器是降压变压器，原、副线圈匝数比为4 ： iB.该变压器是升压变压器，原、副线圈匝数比为i ： 4C.副线圈中的灯泡仍能发光，只是更亮些D.副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变暗理想变压器在理想变压器的原线圈两端加交变电压Ui后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势,Word资料Word资料12根据法拉第电磁感应定律有：Ei ni ，E2 n2 tt忽略原、副线圈阻，有Ui = Ei ,U2=Ea另外，考虑到铁心的导磁作用而且

7、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12U1 n1由此便可得理想变压器的电压变化规律为U2 n2在此基础上再忽略变压器自身的能量损失(一般包括线圈能量损失和铁芯能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损'；府 P1=P2而 Pl=|lUlP2 = |2U2I” nc于是又得理想变压器的电流变化规律为U1I1 U2I2, 12 ni解题思路 1电压思路.变压器原、副线圈的电压之比为Ui/U2=ni/n2；当变压器有多个副绕组时Ui/ni= U2/ n2=U3/n3=解题思路2功率思路理想变压器的输入、输出功率为P入=P出，即Pi=P2;当变压器有多个副绕

8、组时PP2+P3+解题思路3电流思路.由I=P/U知，对只有一个副绕组的变压器有Ii/l2=n2/ni;当变压器有多个副绕组时 niIi= n2I2+ n3I3+解题思路4 (变压器动态问题)制约思路 .(i)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比(ni/n2)一定时，输出电压 U2由输入电压决定，即U2=n2Ui/ni,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(ni/n2)一定，且输入电压 Ui确定时，原线圈中的电流Ii由副线圈中的输出电流 I2决定，即Ii=mI2/ni,可简述为“副制约原”.(3)负载制约：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

9、+；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；总功率 P总=P/P2.I2U2)I P IiUiPii决定根据P=UI,要减小电流，必须提高 一动态分析问题的思路程序可表示为:Ui U 2 n2 u 2 R负载 P P2(IiUi 决定2 决定 2决定三远距离输电问题知识梳理1 .根据P® =降低输电损耗有两种方法(i)减小输电线的电阻.(2)减小输电导线中的电流：在输送功率一定的情况下,2 .远距离输电的功率损失输送功率一定时，线路电流 1=输电线上的损失功率 P损=I2R线=可知P损8口2.远距离输电中的功率关系：P输=.3 .远距离输电的处理思路对高

10、压输电问题，应按“发电机一升压变压器一远距离输电线一降压变压器一用电器”，或从“用电器”倒 推到“发电机”的顺序一步一步进行分析.4远距离高压输电的几个基本关系 (以图9为例)：图9(1)功率关系：Pl = P2, P3=P4, P2=P 损+P3.(2)电压、电流关系：= = , U2 = AU + U3 , 12=卜=I 线.U2 n2 上山 n4 w'P2 P3 U2-U3(3)输电电流： I线=7T= 7T= 三 .U2 U3R线2_P2 2_(4)输电线上损耗的电功率： P损=I线AU= I线R线=(U)R.当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小

11、到原来的工.n例题1 (2010 理综17)某水电站，用总电阻为2.5 的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是 3X106kW,现用500 kV电压输电，则下列说确的是()A.输电线上输送的电流大小为2.0X105 AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC.若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9X108 kWD.输电线上损失的功率为A P=U2/r, U为输电电压，为输电线的电阻2 思维突破 在远距离输电问题中，计算线路功率损耗时应用P损=I线R线，其原因是I线可以由公式P输入=IU2戋线U输入求出，而P损=U线I线和P损=丁则不常用，其原因是在一般情况下，U线不

12、易求 出，且易将 U线R和U输入相混而造成错误.2 如图10所示，有一台交流发电机 E,通过理想升压变压器 Ti和理想降压变压器 T2向远处用户供电， 输电线的总电阻为 R.Ti的输入电压和输入功率分别为Ui和Pi,它的输出电压和输出功率分别为5和沁；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3,它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设的输入电压Ui一定，当用户消耗的电功率变大时，有 （）图i0A . U2减小，U4变大 B. U2不变，U3变大C. P变小，P2变小 D. P2变大,P3变大3 （20i0 7改编）在如图ii所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电

13、厂的输出电压和输电线的电阻均不变.随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（）A.升压变压器的输出电压增大B.降压变压器的输出电压增大C.输电线上损耗的功率增大D.输电线上损耗的功率占总功率的比例减小升压变压器降压变压器4 2008年i月i0日开始的低温雨雪冰冻造成我国部分地区严重灾害，其中高压输电线因结冰而损毁严重，为消除高压输电线上的冰，事后有人设计了利用电流的热效应除冰的融冰思路.若在正常供电时，高压线上送电电压为 U,电流为I,热耗功率为A P;除冰时，在输电功率、用户的输入电压和输电线电阻不变的情况下，通过自动调节高压输电变压器的变压比，使输电线上的热耗功率变为i6AP,则除冰时

14、（）UA.输电电流为4I B.输电电流为i6I C.输电电压为 4U D,输电电压为 5.图16为某小型水电站的电能输送示意图，压为U2; B为降压变压器，其输入功率为 为r,则下列关系式正确的是A为升压变压器，其输入功率为 Pi,输出功率为 R,输出电P3,输入电压为 U3.A、B均为理想变压器，输电线的总电阻()A. P>P2B. P2=P3C.U2>U3D. U2=U36 .随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要.某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为Ui,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率

15、为P0,用户的用电器正常工作的电压为U2.在满足用户正常用电的情况下,下列说确的是A.输电线上损耗的功率为B.输电线上损耗的功率为(P0R / P2RC.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D.采用更高的电压输电会降低输电的效率7 .如图6所示为远距离输电的示意图，若电厂输出电压3 = 4 400 版sin 100 A V,电流Ii = 1 000 A ,不计变压器损耗，则下列判断正确的是()A. Ui= 4 400 & VB. 12= 1 000 AC. I2U2=4.4X106 WD.用户得到的交流电频率为100 7tHz图168、如图所示，某小型水电站发电机的输出功率

16、为10kW,输出电压为400V,向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用 2kV高压输电，最后用户得到 220V, 9.5kW的电力，求:(1)(2)(3)水电站升压变压器原、副线圈匝数比输电线路导线电阻 R;用户降压变压器原、副线圈匝数比n“n2 ；n3/n4.IiniI2I3n3I4发电机UiU3U4U2升压器降压器例1.在远距离输电时，输送的电功率为P,输电电压为U,所用输电导线的电阻率为p ,横截功率为P,用户得到的电功率为P用，下面关于P和面积为S,导线的总长度为 凄的表达式中正确的是（L,输电线上损耗的电 ）。A.p3LP2 LB. P =2-U2SC.U 2SFfe = P

17、P LU 2S欧，求用户得到的电压例2.发电机的输出电压为 220伏，输出功率为44千瓦，每条输电线电阻为0.2和电功率各是多少？如果发电站先用变压比为1 10的升压变压器将电压升高，经同样输电线路后，再经过10 1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和电功率又各是多少?31例3. 一条河流，流量 Q 2m s ,落差h 5m,现利用其发电，若发电机总效率为50%,输出电压为240 V,输电线路总电阻 R 30 ,允许损失功率为发电机输出功率的6%,为满足用电的要求,使用户获得220 V电压，则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏 220V 100W ”的

18、电灯正常发光？解析：按题意画出远距离输电的示意图如图13-5-2所示，习题精练1.远距离输电线的示意图，如图 13-5-3 所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( )。A .升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关。B.输电线路中的电流只由升压变压器原线圈的匝数比决定。C.当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大。D.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压。图 13-5-32.发电厂发电机的输出电压为发电厂至学校的输电线电阻为R,通过导线的电流为I,学校的输入电压U2,下列计算线路损耗功率的式子中正确的是()U；d (3 U2)2真B -R一C. I2RD. I (U1 U2)3.电站向某地输送 把输电电压提高为原来的5.0 xi03kW 的电功率，输电线上损失的电功率为 1.0X102 kW,若输送功率不变,10倍，同时将输电线的横截面积减为原来的一半，求这时输电线上损失的电功率和用户得到电功率。4 .一台交流发电机的输出电压为 250V,输出功率为100kW ,向远处输电所用输出线的总电阻为 8 要使输电线上的功率损失不超过输送功率的5%用户正好得到220V的电压.则供电处的升压变压器和用户处的降压变压器原、副线圈的匝数比各是多少？5 .在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的