高压输电-优质获奖教案

1、3.4变压器3.5高压输电教学目标：1 进一步理解变圧器原理及规律2熟练应用变圧器原、副线圈的决定因素解 决动态分析问题3熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高圧 输电中的实际问题.重点：进一步理解变压器原理及规律难点：熟悉远距离输电中的各物理量关系和损耗问题，熟练解决远距离高圧输电中的实 际问题教学过程：基础点知识点1理想变压器1构造：如图所示，变圧器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。副线圈：与负载连接的线圈,也叫次级线圈。原理：电流磁效应.电磁感应3理想变压器的基本关系式功率关系：P = P !l,o电压关系：总=律，

2、若为降压变压器; 若小”2,为升压变压器。电流关系：只有一个副线圈时，=瓷；有多个副线圈时仍有P 5 出,据户=W可推出，t/iZi = U2h+ Wad-4-UnInf fhh =n2/24-M3Z34-频率关系：不变。4.几种常用的变压器1)电圧互感器：把高电圧变成低电圧,(2)互感器S如图C所示。电流互感器：把大电流变成小电流,I如图D所示。知识点2 远距离输电减少输电电能损失的两种方法理论依据：减小输电线的电阻：根据电阻定律R=p要减小输电线的电阻R,在保证输电 距离情况下，可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法。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

3、减小电流, 必须提高输电电圧。输电过程示意图3输电电流u u4输电导线上的能量损失：主耍是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q=PRt.5电压损失MJ=UU : (2)At/=/o6.功率损失AP=P-P/ :2=企=倚R。重难点一、理想变压器原理和基本关系变压器的工作原理理想变压器的基本关系理想 变压器没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯 中)故每匝原、副线圈中的、学相同没有能量损失(铜损、铁损)故无电压降U =E = 72-AZ基 本 关 系功率 关系P入出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比：铮=U2fi2电流 关系只有一个副线圈时，电流和匝数成反比:A=也频率 关系原、副线圈中电流的频

4、率相等制 约 关 系电压副线圈电压S市原线圈电压0 和匝数比决 定与负载电阻无关功率原线圈的输入功率P人由副线圈的输出功率 P出决定电流原线圈电流人由副线圈电流人和帀数比决定特别提醒变压器不能改变直流电压，因为工作原理早已不成立。理想变压器基本关系中3、5、/k 均指有效值。当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，3为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电 压。变压器的以上关系都是根据“口”字形的变压器推出的，如果变压器不是“口” 字形时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量间的关系。二、理想变压器动态分析问题匝数比不变的情况(如图所示)赫变,负载人变化3不变，根据#=吕,输入电圧3决

5、定输出电压 5不论负载电阻R如何变化，Ui 1126也不变。当负载电阻发生变化时，/2变化，输出电流人决定输入电流 故力发生变化。 (3”2变化引起P2变化,Pl=P2,故戸发生变化。负载电阻不变的情况(如图所示)栄攵变，负载人不变3不变，严发生变化，故5变化。Hi/?不变，5改变，故发生变化。根据A=罟，A发生变化，再根据Pl = P2,故戸变化，Pl = Wp U不变，故7)发生变化。分析变压器动态问题的程序U决定PlP2(IlUlI2U2)决定决定特别提醒关于理想变压器的动态分析问题，解题的关键是分淸变量和不变量，弄清理想变压 器中各物理量之间的联系和相互制约的关系，即明确变压器输入电压

6、与输出电压、输入 电流与输出电流跟匝数的关系，以及输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决 定。三、远距离输电问题理清“三个回路”如图所示为远距离输电的简化电路原理图。我们可以把它划分为三个回路，即图中 所示的回路1、回路2和回路3。2 b/线A 3 4 h厂A用户J升压变压器降压变压器回路1回路2回路3抓住“两个关系”（1）在上面的远距离输电的简化电路原理中，理想的升圧变压器联系了回路1和回路 2,由变圧器原理可以得到线圈1（匝数为）和线圈2（匝数为血）中各相关量之间的关系：U n IE pf（2）理想的降圧变圧器联系了回路2和回路3,由变圧器原理可以得到线圈3（匝数为 心）和线圈4（匝

7、数为心）中各相关量之间的关系：竺P -P3掌握“一个能量守恒关系”远距离输电过程中，在回路2的输电线上会损耗一小部分电功率，剰余的绝大部分 电功率通过降圧变圧器和回路3输送到用户使用。整个输电过程中的功率关系为P=P 总P珈在求解远距离输电的相关问题时，我们还应熟练掌握以下几点（1）一个原理耍减小输电线上的电圧损失和电功率损失，就耍减小输电电流，而输电功率是确定 的，由P=IU知，应提高输电电压。（2）两个损失电圧损失：、U=I沢R&,主要原因是输电线有电阻。SU2功率损失：P =IhR找=o（3）三个关系电压损失关系：U=S-5，6是升圧变圧器的输出电圧，5是降圧变圧器的 输入电压。XJJ1

8、功率损失关系：P拊=/訂?坝=丁，升圧变圧器的输出功率和降压变圧器的输入功Art率之差即为损失的电功率。功率关系：j = P总一P琢特别提醒在远距离输电问题中,计算输电线上损失的功率时应用P损二尿尺线，其原因是/线 可以由公式PTS求出，而PTS和T亦则不常用其原因是在-般 情况下，U资不易求出，且易将损和输相混淆而造成错误。考法综述本考点内容在高考中考查频度较高，一般单独命题考查变圧器和远 距离输电的相关问题的分析与计算，题型以选择题为主，难度中等，因此复习本考点时 应掌握：理约法 原制、力 个个种理想变圧器的工作原理理想变圧器中电流、电压及功率的制约关系理想变圧器动态问题的分析方法、远距离

9、输电问题的解决方法 变压器的原理及基本量的关系x lot)示的交变电圧时，额定功率10 W的小灯泡恰好正常发光，己知灯泡的电阻为40 G,图如图甲所示，一理想变圧器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所变圧器输入电圧的瞬时值表达式为=220V%inM(V)B电压表的示数为220 V变丿玉器原、副线圈的匝数比为11 : 1变压器的输入功率为110W【答案C【解析由题图乙可知二亨二100兀rad/s ,则变压器输入电压的瞬时值表达式为”7/2= 22(h/2 smlOOM(V) , A错误；小灯泡的额定功率P二10W ,由P二亍可得小灯泡的额 定电压(7二20 V，小灯泡恰好正常发光，电压表的示数

10、为20V ,B错误；根据变压器变 压公式3： 5二川“2 ,可得奈二寻二，C正确；根据额定功率10 W的小灯泡恰好正 常发光，理想变压器的输入功率等于输出功率，D错误。【解题法】变压器原、副线圈的作用对电源与原线圈组成的闭合电路，原线圈相当于用电器；对副线圈和用电器组成 的闭合电路，副线圈相当于电源；与之串、并联的用电器同样遵循串、并联电路的特点 和性质。对理想变压器，要注意灵活运用变压器的基本关系及能量守恒定律。命题法2含理想变压器的动态分析典例2图甲中理想变圧器原、副线圈的匝数之比小：“2=5： 1,电阻R=20Q,Lh L2为规格相同的两只小灯泡，Si为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源

11、，输入电 压随时间J的变化关系如图乙所示。现将Si接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说 法正确的是()A输入电圧/的表达式=2OV5sin5O7U VB只断开S?后，Lh L2均正常发光C只断开S?后，原线圈的输入功率增大D.若Si换接到2后，R消耗的电功率为0.8W答案D解析由图乙可知“二2OV5smlOOM V，故选项A错误；S = #3=4V。由题意 可知Li、L2的额定电压为4 V。S】接1、断开S2后，Li、L2不能达到额定电压，因此选 项B错误；由P5二琴可知，当増大时，戸减小，选项C错误；当&接2时，厲 二等二第W二0.8W ,选项D正确。【解题法】 含有变圧器的动态电路问题

12、的解题思路1 确定原线圏电压D原线圈电压3为定值由2=器匕知，若半为定值， n3也为定值2 确定副线圈电压“23 确定副线圈电流由厶=知，人増大时厶减小4确定输出功率卩2由巴=/22知，厶减小时巴减小$5 确定输入功率B由巴=卩如代减小时只也减小fl6 确定原线圏电流人由/=知，几减小时/|也减小3命题法3远距离输电的功率和电压的损失典例3 如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是S用 等效总电阻是，的两条输电线输电，输电线路中的电流是几 其末端间的电圧为在 输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为/2。贝 )发 电 厂L人用户端的电压为学输电线上的电压降为U理想变压

13、器的输入功率为/和输电线路上损失的电功率为At/【答案A【解析由理想变压器输入、输出功率相等可知戸二B，即U山二56二字， A正确；输电线上的电压降为 U二U-5,13错；理想变压器的输入功率P二U山二Uh -/ir ,C错；输电线路上损失的电功率为P = Ivr = hU - IU , D错。【解题法】输电线路功率损失的计算方法Pfg = P-P/ ,P为输送的功率，为用户所得功率。P损二念R绘，/垃为输电线路上的电流，/?銭为线路电阻。A Z/2P为输电线路上损失的电压，/?找为线路电阻。尸损二绘，为输电线路上损失的电压，/埃为输电线路上的电流。命题法4远距离输电的实际应用典例4某小型发电

14、站的发电机输出交流电压为500 V,输出电功率为50 kW,如果用电阻为3G的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电圧和电功率是多少？假 如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的06%,则发电站耍安装一个升压变圧器， 到达用户前再用降圧变圧器变为220 V供用户使用，不考虑变圧器的能量损失，这两个 变压器原.副线圈的匝数比各是多少？答案200V 2X104W 1 : 10 497 : 22【解析先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立的闭合电路，应用 欧姆定律、串联和并联电路的特点及电功、电功率等有关公式分析各自的电流、电压和 功率关系各独立回路之间可通过变压器的亠二#二半及理想变压器

15、p=p2等联系起来。H2 U1 1用500 V电压送电时示意图如图所示。发电机R350 kW的电功率在输电线上的电流：P_ 50X10?/o = Uo= 500A = 100 Ao用户获得电压：UHR = (500 - 100X 3) V = 200 Vo用户获得的功率Pi = IoUi = 2X104 Wo改用高压输送时示意图如图所示，要求P损二06%P ,即Pjft = 50XI03X0.6%W =300 Wo发电站升压后输电电压：P 50X103 u=7= 10V = 5000V ,升压变压器匝数比沪鄴鶏诰,输电线上损失的电压M =/?= 10X3 V = 30Vo降压变压器的输入电压：

16、th 二 U = (5000 - 30) V = 4970 V ,s rr “ K 耐 U 必 Uz 4970 497 降压变压器的匝数比応二厉二顽二迈。【解题法】关于远距离输电问题的处理思路画出输电线路图，包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等，将已知量和未知量标在图中相应位置；将输电线路划分为几个独立回路；根据串、并联电路特点、欧姆定律、电功率公式等确定各部分回路物理量之间的关系；根据升压、降压，原、副线圈的电压、电流关系和功率关系列式求解。课堂练习：1 思维辨析变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。()变压器不但能改变交变电流的电圧，还能改变交变电流的频率。()正常

17、工作的变圧器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压。()变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小。()增大输电导线的横截面积有利丁减少输电过程中的电能损失。()高圧输电是通过减小输电电流來减少电路的发热损耗。()在输送电圧一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大。()答案(1)V(2)X(3)X X (5)J(6) J (7)7(多选)如图所示，一台理想变压器的原副线圈的匝数比为Hi : /12=40 : 1,在副线圈两端接有46V 40 W ”的电灯泡。若灯泡正常发光，则下列说法中正确的是（）在原、副线圈中，通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同通过原、副线圈的交变电

18、流的频率相同变圧器输入电压的最大值为240 V变压器输入功率为40 W答案ABD解析 原线圏的磁场都在铁芯中，所以原副线圈中的磁场相同，通过每匝线圈的磁 通量也相同，选项A对；既然原、副线圈是同一个磁场，那么原副线圈感应电流变化的 频率就相等，选项B对；根据理想变压器快二律，副线圈的灯泡正常发光即S二6 V , 带入得（71 = 240 V，而额定电压指的是有效电压，所以变压器输入电压有效值是3二240 V,最大值不确定，选项C错；理想变压器输入功率等于输出功率即灯泡正常发光的额 定功率40 W，选项D对。（多选）一台发电机最大输出功率为4000 kW,电压为4000 V,经变压器门升压 后向

19、远方输电。输电线路总电阻为/?=lkQo到目的地经变圧器门降圧，负载为多个正 常发光的灯泡（220 V. 60 W）o若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%, 变压器0和门的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，贝M ）A门原、副线圈电流分别为1（P A和20 AB门原、副线圈电压分别为1.8X105 V和220 VCT,和T2的变压比分别为1 : 50和40 : 1D.有6X104盏灯泡（220 V. 60 W）正常发光答案ABD解析 远距离输电的模型如图所示。原线圈的电流为二 W（：；）（；（）- A = 1X1O3A，输电线上损失的功率为P损二 餌10%P1 ,所以寸0。丫器A

20、二20A , A正确；的变压比为半二彳二話二命；厂副线圏的电压为5二503二2X1O5 V ,门原线圈的电压为5二 t/2-；2/? = 2X105V- 20X103V= 1.8X105V ,B 正确；兀的变压比为瓷二怎二也打；）二 9X10390%Pi，C错误；能正常发光的灯泡盏数为N二一甬一l = 6X l（r , D正确。作业：1下而可以将电圧升高供给家用电灯的变压器是（）ABCD答案：C 电压升高，原线圈的匝数要少于副线圈的匝数，要接交流电，接直流电时变 压器不工作，故C正确.（多选）如图343所示为变圧器的示意图，它被用來升高发电机的输出电压，下列说法 中正确的是（）图 3-4-3图

21、中M是闭合的铁芯发电机应与线圈】相连，升高后的电压由c、d两端输出电流以铁芯为通路从一个线圈流到另一个线圈变压器是根据电磁感应原理工作的答案：AD 由题设知该变压器为升压变压器，所以原线圈匝数小于副线圈匝数，故II 为输入端即接发电机，【为输出端，选项B错；铁芯提供闭合的磁路，使电能先变成磁 场能再在副线圈中变成电能，所以C项错.故选A、D.图34B. 2VD. 8V如图344所示，变圧器原、副线圈匝数比为1 ： 2,则副线圈中电压表读数为（）0VC. 4V答案：A 由于原线圈接的是直流电源，所以通过副线圈的磁场不变，因此副线圈中电 压表读数为6选项A正确.4如图34-5所示，理想变圧器原、副

22、线圈匝数之比为20： 1,原线圈接正弦交流电源,副线圈接入220V 60W”灯泡一只，II灯泡正常发光，贝9（）电流表的示数为铁A电源输出功率为1 200W3电流表的示数为顽A原线圈端电压为11 V【解析】 由灯泡正常发光可知，副线圈电压为220 V,由卷二讣可知，原线圈电压3 二20X220V二4400V,选项D错误；又因输入功率等于输出功率，P1=P2 = 60W,故 选项B错误；电流表读数为有效值，原线圈中电流八二#二備 A二点 A,故选项A 错误，选项C正确.【答案】 C5理想变圧器的原线圈连接电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头0调节，在副 线圈输出端连接了定值电阻心和滑动变阻器

23、在原线圈上加一电压为U的交流电， 如图1所示.下列情况可能出现的是()图1若0位置不变，将P向上滑动，U变大若Q位置不变，将P向上滑动，电流表的读数变大若P位置不变，将Q向上滑动，电流表的读数变大若P位置不变，将Q向上滑动，变圧器的输入功率不变【解析】 当理想变压器的输入电压U,以及原、副线圈的匝数比不变时，副线圏两端 uf 2的电压也不变，A项错误；由P岀二知/?增大时，输出功率减小，又由P入二P岀R + R。得原线圈中的电流表读数要减小，B项错误；Q向上滑动时，增大，而负载电阻不 变，则输出功率要增大，即输入功率也要增大，原线圏中的电流就要增大，C项正确， D项错误.【答案】 C如图2所示

24、，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最 大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使 ()原线圈匝数知增加副线圈匝数血减少负载电阻R的阻值增大负载电阻R的阻值减小【解析】 由贽二# , P岀二春可得P出二请皆，又因为P入二P岀，所以P入二请怜，分 析可得选项D正确【答案】D如图4所示，厶和厶2是高圧输电线，甲、乙是两只互感器，若己知山：/：2=1 000 : 1, 心：心=1： 100,图中电压表示数为220 V,电流表示数为10 A,则高圧输电线的送电 功率为（）Ia0A?04朴“尸一丄甲乙图4A. 2.2X103WC 2.2 X 10s WB 2.2X102WD 2.2X104W【解析】根据题图甲可得.高压输电线的送电电压辭甲二220 kV ;根据题图乙 可得，送电电流/二仙乙二1 000 A ；所以高压输电线的送电功率P=UI=220 kVX 1 000A = 2.2X108W , C 正确【答案】 C调圧变压器就是一种口耦变压器，它的构造如图5甲所示.线圈绕在一个圆环形 的铁芯上，C、D之间输入交变电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压.图甲中两 电表均为理想交流电表，心为定值电阻，忌为滑动变阻器现在C、两