变压器——远距离输电

1、课时34变压器远距离输电,考点一理想变压器 基础梳理 1主要作用：改变交流电的电压 2主要构造：由原线圈(初级线圈)、副线圈(次级线圈)和闭合铁芯组成 3工作原理：电磁感应(互感现象),(2)功率关系P入P出或I1U1I2U2I3U3InUn (3)电流关系I1n1I2n2I3n3Innn，当只有一个副线圈时I1n1I2n2,疑难详析 任意线圈两端的电压与线圈本身的匝数成正比 理想变压器各线圈两端的电压与匝数成正比，不仅适用于原、副线圈各有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况，这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每匝线圈产生的感应电动势相同，

2、每组线圈产生的感应电动势和匝数成正比在线圈内阻不计的情况下，线圈两端的电压等于电动势，故每组线圈两端的电压都与匝数成正比,当然，以上结论成立的前提条件是必须在“回”字形变压器铁芯上的情景如果是“日”字形铁芯，因穿过各匝线圈的磁通量不一定变化相同，所以结论不再成立,深化拓展 理想变压器中的决定因素 1输入电压U1决定输出电压U2输出电压U2 U1，与负载电阻的情况无关； 2输出功率P出决定输入功率P入输入功率随输出功率的变化而变化，理想变压器中始终保持P入P出；,3输出电流I2决定输入电流I1当输入电压一定时，输出电压一定，输出电流随负载电阻的变化而变化，由功率关系可理解电流的确定关系,考点二远

3、距离输电问题 基础梳理 1目的：输送电能 2关键：减少输电线上电能的损失，P耗I2R线 3措施：(1)减少输电线的电阻R线，例如加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线； (2)提高输电电压，减小输电电流,图1,4常用关系：如果发电站的输出功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率为P，用户得到的电压为U，如图1所示，则有关系式： (1)输出电流 (2)输电线损失的电压U线UUIR线 (3)输电线损失的电功率P损PPI2R线,5过程示意：如图2所示，从发电到用户有以下定量关系(变压器为理想变压器)：,图2 (1)P1P2，P3P4，P2P3P损,疑难详析 输送电能的基本要求与实际措施 1可靠

4、：保证供电线路正常工作； 2保质：保证供电质量，要求电压和频率稳定； 3经济：线路建设和运行的费用较低，能耗少、电价低；,4措施：由电损公式P损I2R线进行分析，针对措施主要有两种 (1)减小输电线的电阻R线，由电阻定律R线 得 减小输电线的长度L由于输电距离一定，实际中不可行； 减小输电线电阻率目前一般用电阻率较小的铜作导线材料； 增大导线横截面积S这要多耗费金属材料而增加成本，同时给输电线的架设带来很大困难,(2)减小输电电流I，由功率公式变形得IP/U 减小输送功率P实际中不能以减少用户的电能需要来达到减少损耗的目的； 提高输电电压U输送功率P一定时，输电电压U越高，输电的电流I越小，输

5、电线损失的电功率P损I2R线 越小分析可见，当输送的功率一定、输电线电阻一定时，输电电压提高为原来的n倍，输电线的电流减为原来的 ，输电线损耗的电功率减为原来的 .实际中这是最为可行有效的措施,深化拓展 输电线损失电功率的分析与计算 任何输电线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远方时，电流通过输电线，输电线因有电阻而发热，从而损失电功率设输电电流为I、输电线电阻为R线，则输电线的功率损失为P损I2R线 如果想从 的角度来研究输电线的功率损耗，则U线IR线U2U3，由于该式较繁琐且容易出错，所以计算输电线的功率损耗时一般不用该公式,题型一理想变压器基本规律的应用 例1一台理想变压器，其原线圈22

6、00匝，副线圈440匝，并接一个100 的负载电阻，如图3所示,图3,(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多少？电流表示数为多少？ (2)当原线圈接在220 V交变电源上时，电压表示数为多少？电流表示数为多少？此时输入功率为多大？变压器效率为多大(电表均为理想电表)?,分析变压器的工作原理是利用互感现象，只能改变交变电流和电压，对于直流电不能改变，对理想变压器有 P1P2, I1n1I2n2.,解析(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零,P入P出I2U20.444

7、4 W19.36 W， 效率100%.,答案(1)00(2)44 V0.44 A19.36 W100%,题后反思：理想变压器无能量损失，输入功率等于输出功率，输出电压由输入电压和匝数比决定，与用电器的电阻及变压器有无其它副线圈无关,(2009四川高考)如图4甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，R120 ，R230 ，C为电容器已知通过R1的正弦交流电如图4乙所示，则 (),图4,A交流电的频率为0.02 Hz B原线圈输入电压的最大值为 C电阻R2的电功率约为6.67 W D通过R3的电流始终为零,答案：C,题型二变压器的动态分析 例2如图5所示，理想变压器输入端PQ接稳定的交流电源

8、，通过单刀双掷开关S可改变变压器初级线圈匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正确的是 (),图5,A当滑片c向b端移动时，变压器输入功率变大 B当滑片c向a端移动时，电流表A1的示数将减小，电压表V的示数不变 C当滑片c向b端移动时，电流表A2的示数将变大，电压表V的示数也变大 D滑片c不动，将开关S由1掷向2时，三个电表A1、A2、V的示数都变大,答案D,题后反思：关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型： (1)负载电阻不变，原副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比变化而变化 (2)匝数比不变，原副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，功率P1、P

9、2随负载电阻的变化而变化 无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定；I1由I2和匝数比决定,如图6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只将变阻器R3的滑动触头上移,图6,答案：BCD,题型三电能的输送 例3某发电厂发电机的输出功率P100 kW，发电机端电压U250 V，向远处送电的输电线的总电阻R8 .要使传输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户得到的电压又正

10、好是220 V，那么： (1)应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图 (2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数比,解析(1)只要安装一台升压变压器和一台降压变压器，输电线路示意图如图7所示：,图7,输电线路上损失电压U损IR258 V200 V， 降压变压器原线圈n3两端电压 U3U2U损(4000200) V3800 V， 用户在副线圈n4两端得到电压U4220 V， 即升压变压器原、副线圈匝数比为116； 降压变压器原、副线圈匝数比为19011.,答案(1)如图7所示 (2)升压116；降压19011,题后反思：求解远距离输电的关键是： (1)熟悉“交流发电机升压变压器输电线降压变压器用

11、户”这一过程，并画出这一过程的示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上 (2)利用逆算法解决电能的输送问题时往往比较方便，方法是先从负载的功率算起，一直倒推到升压变压器的输入端,如图8所示，交流发电机电动势的有效值20 V，内阻不计，它通过一个R6 的指示灯连接变压器变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 V 0.25 W”，灯泡都正常发光，导线电阻不计求： 图8 (1)降压变压器初级、次级线圈匝数比； (2)发电机的输出功率,解析：(1)彩色小灯额定电流ILP/U1/24 A，次级线圈总电流I224IL1 A 变压器输入功率等于I1U1I2U26 W，变压器原线圈电路中，利用

12、欧姆定律可得U1I1R 6I1，代入值解得I11/3 A(I13 A应舍去，据题意知变压器是降压变压器，则I1I2)，所以n1/n2I2/I13/1 (2)发电机输出功率PI16.67 W 答案(1)31(2)6.67 W,1如图9，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UU0sint的交流电源，副线圈接一个R27.5 的负载电阻若U0220 V，100 rad/s，则下述结论正确的是 (),图9,答案：AC,2一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2115，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图10所示副线圈仅接入一个10 的电阻，则 () A流过电阻的电流是20 A B与电阻

13、并联的电压表的示数是 C经过1分钟电阻发出的热量是6103 J D变压器的输入功率是1103 W,图10,答案：D,3一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2.当R增大时 () AI1减小，P1增大BI1减小，P1减小 CI2增大，P2减小 DI2增大，P2增大,解析：理想变压器(副线圈上电压不变)当负载电阻R增大时电流I2减小，由P2U2I2可知，功率P2也减小，所以B正确 答案：B,4如图11，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的. 为理想电压表，读数分别为U1和U2； 和 为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3.现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是 () AU2变小、I3变小 BU2不变，I3变大 CI1变小、I2变小 DI1变大、I2变大,图11,答案：BC,5(2009山东高考)某小型水电站的电能输送示意图如下图12，发电机的输出电压为200 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