變壓器與電能的輸送.ppt

,第二節(jié) 變壓器與電能的輸送,周璐系列復(fù)習(xí)課件交變電流,一、變壓器的構(gòu)造,1.示意圖,2.構(gòu)造：,（1）閉合鐵芯 （絕緣硅鋼片疊合而成）,（2）原線圈：其匝數(shù)用n1表示,（3）副線圈：其匝數(shù)用n2表示,（4）輸入電壓：U1; 輸出電壓：U2.,問(wèn)題：變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？,變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接交變電壓U1后，副線圈電壓U2是怎樣產(chǎn)生的？,鐵芯與線圈互相絕緣,變壓器,二、變壓器的工作原理-互感現(xiàn)象,變壓器通過(guò)閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能（U1、I1）到磁場(chǎng)能（變化的磁場(chǎng)）再到電能（ U2、I2）轉(zhuǎn)化。,互感現(xiàn)象：在原副線圈中由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象。,理想變壓器: 1、穿過(guò)原副線圈的磁通量和磁通量的變化量時(shí)刻都相同 2、每匝產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等,閉合鐵芯實(shí)現(xiàn)了電能-磁場(chǎng)能-電能的轉(zhuǎn)換，由于原副線圈中的電流共同產(chǎn)生的磁通量絕大部分通過(guò)鐵芯，使能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中損失很小，為了便于研究，物理學(xué)中引入了一種理想化模型-理想變壓器。即略去原、副線圈中的電阻和各種電磁能損失的變壓器。,注意： 變壓器的原線圈如加的是干電池、蓄電池或勻速切割的導(dǎo)體棒時(shí)，副線圈兩端的電壓為零。,三、理想變壓器的變壓規(guī)律,原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別是,U1=E1,升壓變壓器：n2 n1 U2U1,降壓變壓器：n2 n1 U2 U1,U2=E2,三、理想變壓器的變壓規(guī)律,理想變壓器有多組副線圈的情況： 端電壓之比等于各個(gè)線圈的匝數(shù)之比,=,四、理想變壓器的變流規(guī)律,問(wèn)題：原副線圈的的電流間可能滿足何規(guī)律？,1、理想變壓器輸出功率應(yīng)等于輸入功率,變壓器工作時(shí)，高壓線圈匝數(shù)多而通過(guò)的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制；低壓線圈匝數(shù)少而通過(guò)的電流大，應(yīng)當(dāng)用較粗的導(dǎo)線繞制。 這也是判定高壓線圈和低壓線圈的一種方法。,2、理想變壓器原副線圈的電流跟它們的匝數(shù)成反比,3、理想變壓器有多組副線圈的情況：,I1n1=I2n2+I3n3+Innn,（安匝數(shù)相等）,、輸入輸出電壓、電流、功率大小之間的因果關(guān)系,*輸入電壓U1和變壓比n1：n2決定輸出電壓的大小,*輸出電壓和用電器電阻決定輸出電流I2的大小,*輸出電流和變壓比決定輸入電流I1的大小,*輸出功率決定輸入功率的大小 （相同）,五、幾種常用變壓器,1、自耦變壓器,問(wèn)題：有沒(méi)有只用一組線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓的變壓器？,2、互感器 互感器也是一種變壓器，它可以把不能直接測(cè)量的高電壓，大電流變換成低電壓、小電流后再測(cè)量 （1）電壓互感器：把高電壓變成低電壓，變壓比U1U2，在電路中的連接如右圖所示,（2）電流互感器：把大電流變成小電流，變流比 I1 I2，在電路中的連接如下圖所示,注意：為了工作安全，電壓互感器、電流互感器的鐵殼和副線圈應(yīng)該接地,特別提醒：,、變壓器的電動(dòng)勢(shì)、電壓關(guān)系對(duì)有一個(gè)或幾個(gè)副線圈的變壓器都成立，而電流關(guān)系只適用于有一個(gè)副線圈的變壓器，若為多個(gè)副線圈的變壓器，電流和匝數(shù)的關(guān)系要從功率關(guān)系導(dǎo)出 、變壓器的電動(dòng)勢(shì)關(guān)系，電壓關(guān)系，電流關(guān)系是有效值（或最大值）間的關(guān)系，在某一瞬時(shí)其關(guān)系不成立 、變壓器雖能改變電壓、電流，但不能改變功率和頻率，輸入功率總等于輸出的總功率，次級(jí)交變電流的頻率總等于初級(jí)交變電流的頻率,思考：下棒做勻速向右、加速向右、減速向右過(guò)程中電流表的示數(shù)與電流方向怎樣？,例1,例2、理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4 ：1，若在原線圈上加u=400 sin100t（V）的交流電壓，則在副線圈兩端的電壓表測(cè)得的電壓為：（ ） A、100 V；B、100V； C、1600 V D、1600V,B,注意：變壓器的U、I均為有效值,練習(xí) 對(duì)于理想變壓器，下面的說(shuō)法正確的是（ ） A、原線圈的輸入功率，隨著副線圈 的輸出功率增大而增大。 B、原線圈的輸入電流，隨著副線圈 的輸出電流增大而增大。 C、原線圈的電壓，應(yīng)該是電源的輸出 電壓。 D、當(dāng)副線圈的電流為零時(shí)，原線圈 的電壓一定是零。,答案：A，B，C。,例題、如圖所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為4: 1，原線圈中的電阻A與副線圈中的負(fù)載電阻B阻值相等。a b端加一交流電壓U后，（1）兩電阻消耗的功率之比為多少？ （2）兩電阻兩端電壓之比為多少？ （3）B電阻兩端電壓為多少？,解：設(shè)副線圈兩端電壓為U2、原副線圈電流分別為I1、I2,（1）,（2）,（3）,總結(jié)：注意變壓器的端電壓！,例題、在真空中速度v =6.4107m/s的電子束連續(xù)地射入兩平行極板間，如圖所示，極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)=8.010-2m，間距d=5.010 -3m。兩極板不帶電時(shí)，電子束將沿兩極板之間的中線通過(guò) ，在兩極板上加一個(gè)50Hz的交變電壓U=U0sint .如果所加電壓的最大值U0超過(guò)某電壓UC時(shí)，電子束將有時(shí)能通過(guò)兩極板，有時(shí)間斷而不能通過(guò)。（電子電量e=1.6010-19C，電子質(zhì)量m=9.110-31kg） （1） UC大小為多少？ （2）U0求為何值時(shí)，才能 使通過(guò)與間斷時(shí)間之比t1 : t2 =2 :1 ?,故對(duì)于通過(guò)極板的電子來(lái)說(shuō)，可認(rèn)為場(chǎng)強(qiáng)是穩(wěn)定不變的，每個(gè)電子均做類平拋運(yùn)動(dòng)，則電子束不能通過(guò)兩極板間時(shí)有：,解：,（1）電子通過(guò)平行板所用時(shí)間 L/v,解得 U0 =105V,因?yàn)閠1 : t2 =2 :1 所以：,UC,例、如圖所示，有一理想變壓器，原線圈匝數(shù)為n1，兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3，原副線圈的電壓分別為U1、U2、U3，電流分別為I1、I2、I3，兩個(gè)副線圈負(fù)載電阻的阻值未知，下列結(jié)論中，正確的是：( ) (A)U1：U2n1：n2，U2：U3=n2：n3 (B)I1/I3=n3/n1，I1/I2=n2/n1 (C) n1I1=n2I2n3I3 (D) I1U1=I2U2I3U3,A C D,變壓器應(yīng)用的三原理,題型：有兩組以上的副線圈的變壓器,例題、圖（甲）、（乙）兩電路中，當(dāng)a、b兩端與e、f 兩端分別加上220V的交流電壓時(shí)，測(cè)得c、d 間與g、h 間的電壓均為110V。若分別在c、d兩端與g、h 兩端加上110V的交流電壓，則a、b間與 e、f間的電壓分別為 V和 V,若分別在c、d兩端與g、h 兩端加上110V的恒定電壓，則a、b間與 e、f間的電壓分別為 V和 V.,d,110,220,110,0,題型：變壓器與分壓器,例、如圖，理想變壓器的次級(jí)串3只燈泡，初級(jí)串1只燈泡，四只燈泡型號(hào)相同，若四只都正常發(fā)光，變壓器的電壓比為 。,1：1,說(shuō)明：對(duì)原副線圈的地位的認(rèn)識(shí),題型：變壓器原線圈中接有用電器,訓(xùn)練、如圖是一個(gè)理想變壓器的電路圖，若A、B兩點(diǎn)接交流電壓U時(shí)，五個(gè)相同的燈泡均正常發(fā)光，則原、副線圈的匝數(shù)比為（ ） A. 5 1 B. 1 5 C. 4 1 D. 1 4,解：設(shè)燈泡正常發(fā)光的電流為I，,則原、副線圈的電流分別為I和4I，如圖示。,所以原、副線圈的匝數(shù)比為 4 1,C,例、理想變壓器的副線圈上接有兩個(gè)相同的燈泡L1、L2，輸電線的等效電阻為R，開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，當(dāng)S接通時(shí)，以下說(shuō)法正確的是（ ） A 副線圈兩端M、N和輸出電壓減小 B 等效電阻R兩端的電壓增大 C 通過(guò)燈泡L1的電流減小 D 原線圈中的電流增大,題型：理想變壓器中的動(dòng)態(tài)變化,BCD,A. U 增大、I 增大、P1 增大,C. U 減小、I 減小、P1 減小,D. U 不變、I 減小、P1 不變,B. U 不變、I 減小、P1 增大,例題、如圖所示：理想變壓器的原線圈接高電壓，變壓后接用電器，線路電阻不計(jì)。S原來(lái)閉合，且R1=R2，現(xiàn)將S斷開(kāi)，那么交流電壓表的示數(shù)U、交流電流表的示數(shù)I 和用電器上R1的功率P1將分別是：,例10、理想變壓器接在電壓為U的正弦交流電源上，當(dāng)開(kāi)關(guān)接a時(shí)交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)分別為I1，U1，當(dāng)開(kāi)關(guān)接b時(shí)，兩表的讀數(shù)分別為I2，U2，則（ ）,A U1U2，I1I2 B U1U2，I1I2 C U1U2，I1I2 D U1U2，I1I2,題型：理想自耦變壓器,D,15V,5V,例11、如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1：n2：n3=44：3：1，原線圈兩端輸入電壓U1=220V，在變壓器輸出端如何連接可使一盞“20V、10W”燈泡正常發(fā)光？如何連接可使一盞“10V、5W”燈泡正常發(fā)光？通過(guò)計(jì)算分別畫出連接圖。,220V,題型：電路設(shè)計(jì)題,例12、在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上當(dāng)通以交變電流時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過(guò)另一個(gè)線圈，另一半通過(guò)中間的臂已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1n2=21在不接負(fù)載的情況下（ ） A當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)， 線圈2輸出電壓為110V B當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)， 線圈2輸出電壓為55V C當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)， 線圈1輸出電壓為220V D當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)， 線圈1輸出電壓為110V,注：要真正的理解原理,【分析】 因?yàn)槔硐胱儔浩髟⒏本€圈電壓之比（U1/U2）等于線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比（E1/E2），每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量只有一半通過(guò)另一線圈,所以當(dāng)從線圈1輸入電壓U1=220V時(shí)，由,【答】 B、D,當(dāng)從線圈2輸入電壓U2=110V時(shí)，同理由,1、遠(yuǎn)距離輸電的原因,、理想遠(yuǎn)距離輸電圖,電能的輸送,主要問(wèn)題 電流流過(guò)輸電導(dǎo)線時(shí)，由于電流的熱效應(yīng)，必然有一部分電能轉(zhuǎn)化成熱而損失掉 解決辦法 在輸送功率不變的情況下,遠(yuǎn)距離輸電的主要問(wèn)題及解決方法,1、發(fā)電機(jī)兩端的電壓與第一個(gè)變壓器的原線圈兩端的電壓U0相等。 2、第二個(gè)變壓器副線圈兩端的電壓等于用戶兩端電壓。 3、U=U輸-U （U = I輸R）,電壓關(guān)系：,功率關(guān)系：,1、P0(U0I0)=P1(U輸I輸） P2 (UI輸)= P3 （U用I用） 2、 P2 (UI輸）= P1(U輸I輸）-I2R,P1,P2,P3,P0,兩個(gè)基本公式 電壓關(guān)系 能量關(guān)系,輸電的損失：,功率損失,電壓損失,產(chǎn)生損失的原因： 線路上有電阻、電容、電感。,功率損失：P=I2R 電壓損失： U=IR,式中的I為輸電線上的電流 R為輸電線的電阻。,結(jié)總,、直流輸電,由于導(dǎo)線也有電感、電容，當(dāng)交流輸電功率很大時(shí)，電感和電容引起的電能損失是很大的，故現(xiàn)在大功率輸電線路開(kāi)始采用高壓直流輸電。,直流輸電示意圖,發(fā)電廠,交流變直流,高壓輸電,直流變交流,用戶,例、某發(fā)電機(jī)輸出功率P=100千瓦，發(fā)電機(jī)端電壓U=500伏，向遠(yuǎn)距離輸電的輸電線總電阻R=10歐。現(xiàn)要求輸電損耗為5%，用戶得到的電壓恰好為220伏，則：畫出輸電線路的示意圖； 求出所用的變壓器的原副線圈匝數(shù)比。,解：,線路上損耗的功率為P = 5000 W，,P =I2 2 R,電流為I2 =25A，,線路上的電壓為U=I2 R=200V，,U2 =P/I2 =100000/25=4000V,n1n2 =U 1U2 =1 4,U3=U2 -U =3800V,U4 =220V,n3n4 =U 3U4 =190 11,1、發(fā)電廠輸出的交流電壓為2.2萬(wàn)伏,輸送功率為2.2106瓦,現(xiàn)在用戶處安裝一降壓變壓器,用戶的電壓為220伏,發(fā)電廠到變壓器間的輸電導(dǎo)線總電阻為22歐,求:(1)輸電導(dǎo)線上損失的電功率;(2)變壓器原副線圈匝數(shù)之比。 2、由發(fā)電站F向遠(yuǎn)處負(fù)載A輸電，輸出功率P200kW，已知輸電導(dǎo)線總電阻R=5歐，當(dāng)發(fā)電端用U111KV的電壓輸電時(shí)，輸電線上的電壓損失為多少？功率損失和效率是多少？能否采用400V低壓輸