变压器 电能的输送.ppt

1、一、变压器 1.变压器的构造:如图1所示,变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的.,第2课时 变压器 电能的输送,考点自清,闭合铁芯,两个线圈,图1,(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫 线圈. (2)副线圈:与 连接的线圈,也叫 线圈. 2.变压器的原理:电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于电流的 、 在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化.变化的磁场在副线圈中产生 ,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流. 是变压器工作的基础. 3.理想变压器:没有 的变压器,即 功率等于 功率.,初级,负载,次级,大小,方向,感应电动势,互感现象,能量损失,输入,输出,4.基本关系式 (

2、1)功率关系: . (2)电压关系: ;有多个副线圈时, = (3)电流关系:只有一个副线圈时, . 由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时,U1I1= .,P入=P出,U2I2+U3I3+UnIn,5.几种常用的变压器 (1)自耦变压器调压变压器 (2)互感器 交流与思考:变压器能否改变恒定电流的电压?能否改变交流电的频率? 提示:(1)变压器不能改变恒定电流的电压.由变压 器的原理可知恒定电流通过原线圈时不能产生变 化的磁场,副线圈中的铁芯中的磁通量就不会变化, 副线圈中就不会有感应电动势. (2)变压器也不能改变交流电的频率,因为原、副线圈中磁通量的变化情况相同.,电压互感器:用来把

3、变成 . 电流互感器:用来把 变成 .,高电压,低电压,大电流,小电流,二、电能的输送 1.输电导线上的能量损失:主要是由输电线的电阻 发热产生的,表达式为 . 2.降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻.由电阻定律R= 可知, 在输电距离一定的情况下,为减小电阻,应采用 电阻率小的材料,也可增加导线的横截面积. (2)减小输电导线中的输电电流.由P=UI可知, 当输送功率一定时,提高输电的电压,可以减小 输电电流. 这两种方法中,适用于远距离输电的是 ,即利用 .,Q=I2Rt,减小输,电电流,高压输电,3.高压输电的原理 由输送功率P=UI,其中U为 ,I为 ,因而当输送功率一定时

4、,可以提高 ,以减小 ,则线路上的功率损耗 P损=I2R可大幅度减小,这是行之有效的办法.,输送电压,输送,电流,输送电,压U,输送电流I,热点 理想变压器的原、副线圈基本量的关系,热点聚焦,交流与思考:原、副线圈的电流一定满足 吗? 副线圈中的负载越大,说明负载电阻如何变化?变压器 的输入功率如何变化? 提示:当变压器只有一个副线圈工作时,才有 . 负载表示副线圈所接的用电器的实际功率.实际上,R 越大,负载越小,输入功率越小;R越小,负载越大,输入 功率越大.,特别提示 1.对于电源,原线圈相当于用电器;对于用电器,副线 圈相当于电源. 2.对理想变压器应注意能量守恒定律的应用. 3.经常

5、应用的变压公式是根据“口”字型变压器推 出的,应用时要注意给出的变压器是否为“口”字型 变压器,若不是,应根据变压器原理推导各物理量的关系.,题型1 理想变压器基本公式的应用 【例1】 一台理想变压器,其原 线圈2 200匝,副线圈440匝, 并接一个100 的负载电 如图2所示. (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交流电源上时,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?,题型探究,图2,思路点拨 (1)变压器的工作原理是什么? (2)电压、电流和功率三个参量,变压器可以改变哪些?,解析 (

6、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.,(2)由 得 U2=U1 =220 V=44 V(电压表读数) I2= A=0.44 A(电流表读数) P入=P出=I2U2=0.4444 W=19.36 W 效率=100% 答案 (1)0 0 (2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%,规律总结 对于有两组以上副线圈的变压器,电压与匝数成正比关系成立,而电流与匝数成反比的规律不成立.但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入功率等于输出功率进行求解.即U1I1=U2I2+

7、U3I3+或I1n1=I2n2+I3n3+.,题型2 理想变压器的动态分析 【例2】如图3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,U1为加 在原线圈两端的交变电压,I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流,下列说法正确的是() A.保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则R上消耗 的功率减小 B.保持P的位置及U1不变,S由a切换到b,则I2减小 C.保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则I1增大 D.保持U1不变,S接在b端,将P向上滑动,则I1减小,图3,思维导图 U1U2I2 I1 P1 解析 保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,副线圈

8、匝数变多,由 知U2变大,I2= 变大,R上消耗的功率增大,故A错;又由于 ,I1也变大,故C正确;S由a切换到b,副线圈匝数变少,由 知U2变小,I1U1=I2U2,P1=I1U1,I2= 变小,故B正确;在保持U1不变,S接在b端,P向上滑动,R变小,I2= 变大,I1变大,故D错,故选B、C. 答案 BC,解决此类问题需注意以下两点: (1)抓住变量与不变量 原线圈的电压U1是不变的,其值由电源决定,与n1、n2无关.当滑片静止不动时,负载电阻不变. (2)搞清各物理量之间的相互制约关系 U2由U1和匝数比决定;I1由I2和匝数比决定;P1由P2决定.,方法提炼,变式练习1 如图4所示,

9、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.V1和V2为理想电压表,读数分别为U1和U2;A1、A2和A3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(),图4,A.U2变小、I3变小B.U2不变、I3变大 C.I1变小、I2变小D.I1变大、I2变大 解析 因为U1不变,由 可得U2不变,断开S后副线圈所在电路电阻R变大,由I2= 可知电流I2减小.由U1I1=U2I2得I1= ,故I1减小.电阻R3两端电压U3=U2-I2R1,故U3变大,I3= 变大,综合以上可知B、C正确,A、D错误. 答案

10、BC,题型3 远距离输电 【例3】 某电厂要将电能输送到较远的用户,输送的总功率为9.8104 W,电厂输出电压仅为350 V,为减少输送功率损失,先用一升压变压器将电压升高再输出.已知输电线路的总电阻为4 ,允许损失的功率为输送功率的5%,所需电压为220 V,求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少? 思路点拨 画出远距离输电的示意图,标出相关的物理量,找寻需要的计算公式.,解析 根据题意,画出输电线路图如下图所示. 由电路中损失功率P损=P总5%=I22R得输电线路中电流为I2=35 A. 升压变压器输出电压U2=2.8103 V 根据理想变压器电压比公式得,升压变压器的原、副线圈

11、匝数比为 降压变压器输入功率为,P3=P总-P损=P总-5%P总=95%P总=9.31104 W 所以降压变压器的初级电压为U3= =2 660 V 所以降压变压器的原、副线圈匝数比为 答案 18 121,1.有关远距离输电问题,应先画出远距离输电的示意图,并将已知量和待求量写在示意图的相应位置. 2.抓住输电的两端电源和用电器;分析一条线输电线;研究两次电压变换升压和降压. 3.以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立回路,各回路分别用欧姆定律,串、并联的特点及电功、电功率等公式进行计算、联系各回路的是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率等于输出功率的关系.,方法提炼,变式练习2 有条

12、河,流量Q=2 m3/s,落差h=5 m,现利用其发电,若发电机总效率为50%,输出电压为240 V, 输电线总电阻R=30 ,允许损失功率为输出功率的6%,为满足用电的需求,则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?能使多少盏“220 V, 100 W”的电灯正常发光?(g取10 m/s2),解析 设为水的密度 电源端:P输出= 50%=Qgh0.5=2110310 50.5 W=5104 W(4分),输出电压U0=240 V,输送电路如下图所示 为满足输电要求,据P损=I送2R,有 I送= A =10 A(4分) 则送电电压为U送= V=5103 V(2分) 所以升压变压

13、器的匝数比为,n1n2=U0U送=240(5103)=6125(2分) 输电线电压损失U损=I送R=1030 V=300 V(3分) 用户端:U1=U送-U损=5103 V-300 V=4 700 V (3分) 据题意可知,U2=220 V,所以降压变压器的匝数比为 n1n2=U1U2=4 700220=23511(2分) 因为理想变压器没有能量损失,可正常发光的电灯盏数为 N=盏=470盏(2分) 答案 6125 23511 470盏,素能提升,1.如图5所示的理想变压器原、 副线圈匝数比n1n2=41, 原线圈两端连接光滑导轨, 副线圈与电阻R相连组成闭 合回路.当直导线AB在垂直 于导轨

14、平面的匀强磁场中沿导轨匀速向右做切割磁感线运动时,电流表A1的读数为12 mA,则电流表A2的读数为 ( ) A.0B.3 mA C.48 mAD.与R大小有关,图5,解析 直导线AB在匀强磁场中匀速运动时,由E=BLv可知,产生的感应电动势和感应电流都是恒定的,在原线圈中产生的磁场也是恒定的,原、副线圈中的磁通量都不发生变化,因此,副线圈中无感应电流产生,正确的选项为A. 答案 A,2.理想变压器原线圈两端电压不变,当副线圈电路中的电阻减小时,以下说法正确的是() A.输出电流增大,输入电流减小 B.输出电流增大,输入电流也随着增大 C.输出电压保持不变 D.输出功率和输入功率都增大 解析

15、原线圈两端电压不变,原副线圈匝数比不变,所以副线圈两端电压U2不变,C正确;副线圈电路中电阻减小时,输出电流I2增大,所以输入电流增大,B对;P出=U2I2增大,故P入=P出也增大,D项正确.,BCD,3.关于高压输电下列说法正确的是() A.从发电站到输电线路需要升压变压器 B.从发电站到输电线路需要降压变压器 C.高压输电是为了增大输电电流 D.高压输电是为了减小输电电流 解析 高压输电输送总功率一定,为了减小输电线路上功率损失,需要减小输电线上的电流,从发电站到输电线路是用升压变压器升高电压,故A、D正确.,AD,4.某理想变压器的原线圈接一交流电,副线圈接如图6所示电路,电键S原来闭合

16、,且R1=R2.现将S断开,那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I、电阻R1上的功率P1及该变压器原线圈的输入功率P的变化情况分别是() A.U增大B.I增大 C.P1减小D.P增大,图6,解析 将副线圈看作电源,其输出电压不变,电键S断开,电压表的示数必增大,A正确;S断开,副线圈电流I减小,由 知电流表的示数I减小,B错误;由P1= 知电阻R1上的功率P1增大,C错误;由P=U原I,知变压器原线圈的输入功率P减小,D错误. 答案 A,5.某理想变压器原、副线圈的匝数比为559,原线圈 所接电源电压按图7所示规律变化,副线圈接有一灯 泡,此时灯泡消耗的功率为40 W,则下列判断正确的 是

17、() A.副线圈两端输出的电压为36 V B.原线圈中电流表的示数约为0.18 A C.变压器的输入、输出功率之比为559 D.原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=220sin 100t V,图7,解析 根据变压器的原、副线圈的电压之比等于 匝数之比,故副线圈两端输出的电压为U2= U1= 36 V,A错;根据理想变压器知P1=P2,故有I1= 0.18 A,B正确,C错;原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=220 sin 100t V,D错. 答案 B,6.发电机的端电压220 V,输出电功率44 kW,输电导线的电阻为0.2 ,如果用初、次级匝数之比为110的升压变压器升压,经输电线后,再用初

18、、次级匝数比为101的降压变压器降压供给用户. (1)画出全过程的线路示意图. (2)求用户得到的电压和功率. (3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的电压和功率.,解析 (1)示意图如下图所示 (2)升压变压器次级的输出电压 U2= U1= 220 V=2 200 V 据升压变压器输出电功率等于输入电功率知,升压变压器次级输出电流,I2= A=20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR=I2R=200.2 V=4 V PR=I22R=2020.2 W=80 W 加到降压变压器初级上的输入电流和电压为,I3=I2=20 A U3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V 降压变压器次级的输出电压和电流为 U4= U3=