專題_變壓器的動態(tài)分析

1、專題 變壓器的動態(tài)分析【思想方法指導】處理變壓器的動態(tài)分析，首先應明確“不變量”和“變化量”，對變化量要把握它們之間的制約關系，依據(jù)程序分析的思想，從主動變化量開始，根據(jù)制約關系從前到后或從后到前逐一分析各 物理量的變化情況.【規(guī)律總結(jié)】1 .首先明確變壓器各物理量間的制約關系.變壓器原、副線圈匝數(shù)n1、n2確定，U1決定了 U2,與輸出端有無負載、負載大小無關，也與變壓器有無其他副線圈無關.U2與負載電阻R,通過歐姆定律決定了輸出電流I2的大小，輸出功率 P2決定輸入功率P1, P1=U1I1,從而決定I1大小，2 .分清動態(tài)變化中哪個量變化，結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點.歐姆定律及變壓器各物理量

2、間因果關系依次 確定.1 .匝數(shù)比不變的情況(如圖5所示)(1) U不變，根據(jù)U1=n1,輸入電壓U決定輸出電壓12,不論 lh n2負載電阻R如何變化，U不變.(2)當負載電阻發(fā)生變化時，I 2變化，輸出電流I2決定輸入電流11,故I 1發(fā)生變化.(3) 12變化引起P2變化，P1=P2,故P1發(fā)生變化.圖52 .負載電阻不變的情況(如圖6所示)、ni 、.，(1) U不變，一發(fā)生變化，故 U變化. n2(2) R不變，U變化，故12發(fā)生變化.,3I2(3)根據(jù)F2 = -, P2發(fā)生變化，再根據(jù) R=P2,故R變化， RR=UI1, U不變，故I1發(fā)生變化.圖63 .分析動態(tài)問題的思路程序

3、可表示為【典型例題】一：為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡 L1、L2,電路中分別接了理想變流電壓表V V2和理想交流電流表 A、X,導線電阻不計，如圖所示.當開關 S閉合后（）A.B.C.D.Ai示數(shù)變大,Ai示數(shù)變大,V2示數(shù)變小,V2示數(shù)不變,Ai與A示數(shù)的比值不變Ai與A示數(shù)的比值變大Vi與V2示數(shù)的比值變大Vi與V2示數(shù)的比值不變?nèi)鐖D8所示電路中的變壓器為理想變壓器,S為單刀雙擲開關,P是滑動變阻器 R的滑動觸頭，原線圈兩端接電壓恒定的交變電流，則能使原線圈的輸入功率變大的是A.B.C.D.保持P的位置不變,

4、保持P的位置不變, S擲于b位置不動, S擲于b位置不動,S由b切換到aS由a切換到bP向上滑動P向下滑動三：如圖所示，理想變壓器的輸入端接正弦交流電，副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡Li和L2；輸電線的等效電阻為 R,開始時,電鍵K斷開.當K接通時，以下說法中正確的是A.副線圈的兩端 M N的輸出電壓減小B.副線圈輸電線等效電阻 R上的電壓增大C.通過次T泡Li的電流減小D.原線圈中的電流增大四：如圖所示，變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比一定，原線圈的電壓為U時，副線圈的輸出電壓為 U2,Li、L2、L3為三只完全相同的電燈，開始時，電鍵K開啟，然后當電鍵 K閉合時A.電壓U不變，U變大B.電

5、燈Li變亮，L2變暗C.電燈Li變暗，L2變亮D.原線圈中的電流變大五：如圖，為一理想變壓器， K 為單刀雙擲開關， P 為滑動變阻器的滑動觸頭，U1 為加在原線圈兩端的電壓， I 1 為原線圈中的電流強度，則A. 保持U1 及 P 的位置不變， K 由 a 合到 b 時， I 1 將增大B.保持U及P的位置不變，K由b合到a時，R消耗的功率減小C. 保持U1 不變，K 合在 a 處，使 P 上滑， I 1 將增大D.保持P的位置不變，K合在a處，若U增大，Ii將增大六：有 5 個完全相同的燈泡連接在理想變壓器的原、副線圈中，如圖所示. 若將該線路與交流電源接通，且開關 S 接在位置 1 時，

6、 5 個燈泡發(fā)光亮度相同；若將開關S 接在位置 2 時，燈泡均未燒壞. 則下列可能的是 （）A.該變壓器是降壓變壓器，原、副線圈匝數(shù)比為4 ： 1B.該變壓器是升壓變壓器，原、副線圈匝數(shù)比為1 ： 4C.副線圈中的燈泡仍能發(fā)光，只是更亮些D.副線圈中的燈泡仍能發(fā)光，只是亮度變暗理想變壓器在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓U1后，由于電磁感應的原因，原、副線圈中都將產(chǎn)生感應電動勢, 根據(jù)法拉第電磁感應定律有： E1 n1一/，E2忽略原、副線圈內(nèi)阻，有 U=E , U=E另外，考慮到鐵心的導磁作用而且忽略漏磁，即認為在任意時刻穿過原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等，于是又有12,- Ui ni由此便可

7、得理想變壓器的電壓變化規(guī)律為U2 n2分另俗在此基礎上再忽略變壓器自身的能量損失（一般包括線圈內(nèi)能量損失和鐵芯內(nèi)能量損失這兩部分,稱為“銅損”和“鐵損”），有Pi=P2而 Pl=IiUiP2=I2U2于是又得理想變壓器的電流變化規(guī)律為UiliU2I2,lin2解題思路 1電壓思路.變壓器原、副線圈的電壓之比為U/U=ni/稟；當變壓器有多個副繞組時U/ni=U/ n2=U/ n3=解題思路2功率思路.理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出，即Pi=F2;當變壓器有多個副繞組時P=P2+F3+解題思路3電流思路.由I =R U知，對只有一個副繞組的變壓器有 I i/l 2=n2/ni；當變壓器有

8、多個副繞組時 niI i=n212+rbI 3+解題思路4 （變壓器動態(tài)問題）制約思路 .（1）電壓制約：當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（ni/n2）一定時，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U=n2U/m, 可簡述為“原制約副”.（2）電流制約：當變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（ni/n2）一定，且輸入電壓 U1確定時，原線圈中的電流11由副線圈中的輸出電流 I2決定，即Ii=n2I2/ni,可簡述為“副制約原”.（3）負載制約：變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2=P負1+P負2+；變壓器副線圈中的電流12由用戶負載及電壓 U確定，I2=P2/U；總功率P s=P+P2.動態(tài)分析問題的思路程序可

9、表示為：U1UiU2決定nin2u22 R負載決定PiP2(IiUiI2U2) I P IUiPi決定1 決定三遠距離輸電問題知識梳理1 .根據(jù)Pm=,降低輸電損耗有兩種方法(1)減小輸電線的電阻.(2)減小輸電導線中的電流：在輸送功率一定的情況下，根據(jù)P= UI ,要減小電流，必須提高2 .遠距離輸電的功率損失輸送功率一定時，線路電流1=,輸電線上的損失功率 P損=11線=,可知P損1OC -«U2.遠距離輸電中的功率關系：P輸=.3 .遠距離輸電的處理思路對高壓輸電問題，應按“發(fā)電機一升壓變壓器一遠距離輸電線一降壓變壓器一用電器”，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機”的順序一步一步進行

10、分析.4遠距離高壓輸電的幾個基本關系(以圖9為例)：(1)功率關系：P=F2, P3=P4, P2=P®+F3.一 Um 12 U n3 I4(2) 電壓、電流關系：，77=_=/，U>= A U+ U3, 12= 13= I 線.U n2 IJ 14 n4 13P2 P3(3)輸電電流：I線=公=77=L2 U(4)輸電線上損耗的電功率：12- UP損=I線A U=P22I線R線=(丘)2 、R線.當輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的例題1 (2010 浙江理綜 17)某水電站，用總電阻為的輸電線輸電給500 km外的用戶，其輸出電功率

11、是3X106 kW,現(xiàn)用500 kV電壓輸電，則下列說法正確的是()A.輸電線上輸送的電流大小為X105 AB.輸電線上由電阻造成的損失電壓為15 kVC.若改用5 kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9X108 kWD.輸電線上損失的功率為AP= U2/r, U為輸電電壓，為輸電線的電阻思維突破 在遠距離輸電問題中，計算線路功率損耗時應用P損=I'R線，其原因是I線可以由公式P輸入=I. &線U輸入求出，而P損=U線I線和P損=k則不常用，其原因是在一般情況下，U線不易求 出，且易將 U線和FU輸入相混而造成錯誤.2 如圖10所示，有一臺交流發(fā)電機 E,通過理想升壓變壓器 T

12、1和理想降壓變壓器 T2向遠處用戶供電，輸電線的總電阻為的輸入電壓和輸入功率分別為U和P1,它的輸出電壓和輸出功率分別為L2和P2; T2的輸入電壓和輸入功率分別為U和P3,它的輸出電壓和輸出功率分別為14和P4.設Ti的輸入電壓U一定,當用戶消耗的電功率變大時，有（）圖10A. U減小，U變大B . U不變，U3變大C. Pi變小，P2變小D . P2變大，P3變大3 （2010 江蘇 7改編）在如圖11所示的遠距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變.隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有（）A.升壓變壓器的輸出電壓增大B.降壓變壓

13、器的輸出電壓增大C.輸電線上損耗的功率增大D.輸電線上損耗的功率占總功率的比例減小4 2008年1月10日開始的低溫雨雪冰凍造成我國部分地區(qū)嚴重災害，其中高壓輸電線因結(jié)冰而損毀嚴重，為消除高壓輸電線上的冰，事后有人設計了利用電流的熱效應除冰的融冰思路.若在正常供電時，高壓線上送電電壓為 U,電流為I,熱耗功率為A P;除冰時，在輸電功率、用戶的輸入電壓和輸電線電阻不變的情況下，通過自動調(diào)節(jié)高壓輸電變壓器的變壓比，使輸電線上的熱耗功率變?yōu)?6AP,則除冰時（）UA.輸電電流為 4I B.輸電電流為16I C .輸電電壓為 4U D ,輸電電壓為 5 .圖16為某小型水電站的電能輸送示意圖，A為升

14、壓變壓器，其輸入功率為R,輸出功率為P2,輸出電壓為U; B為降壓變壓器，其輸入功率為P3,輸入電壓為、B均為理想變壓器，輸電線的總電阻為r,則下列關系式正確的是（）圖16A. R>P2B, P2= P3C. U>UD. U2=U6 .隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對能源的需求也日益擴大，節(jié)能變得越來越重要.某發(fā)電廠采用升壓變壓 器向某一特定用戶供電，用戶通過降壓變壓器用電，若發(fā)電廠輸出電壓為U,輸電導線總電阻為R在某一時段用戶需求的電功率為Pc,用戶的用電器正常工作的電壓為U.在滿足用戶正常用電的情況下，下列說法正確的是（）A.輸電線上損耗的功率為B.輸電線上損耗的功率為曲nrr而ni

15、rC.若要減少輸電線上損耗的功率可以采用更高的電壓輸電D.采用更高的電壓輸電會降低輸電的效率7.如圖6所示為遠距離輸電的示意圖，若電廠輸出電壓Ui=4 400 /2sin 100 % t V,電流Ii= 1 000 A ,不計變壓器損耗，則下列判斷正確的是()A. Ui = 4 400 必 V B . 12= 1 000 AC. I 2U2=X 106 W D .用戶得到的交流電頻率為100兀Hz8、如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率為10kW輸出電壓為400V,向距離較遠的用戶供電，為了減少電能損失，使用 2kV高壓輸電，最后用戶得到 220V,的電力，求：(1)水電站升壓變壓器原、副線

16、圈匝數(shù)比m/n2；(2)輸電線路導線電阻 R;發(fā)電機(3)用戶降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比ns/n 4.升壓器降壓器例1.在遠距離輸電時，輸送的電功率為P,輸電電壓為U,所用輸電導線的電阻率為p ,橫截面積為S,導線的總長度為 L,輸電線上損耗的電 功率為P ,用戶得到的電功率為 P用，下面關于P和4的表達式中正確的是()。A.P2 LB. P =-u 2sC.U 2S P用=P 一例2.發(fā)電機的輸出電壓為 220伏，輸出功率為 44千瓦，每條輸電線電阻為歐，求用戶得到的電壓和電 功率各是多少？如果發(fā)電站先用變壓比為1 10的升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)同樣輸電線路后，再經(jīng)過10 1的降壓變壓器降壓

17、后供給用戶，則用戶得到的電壓和電功率又各是多少？例3. 一條河流，流量 Q 2m3 s 1,落差h 5 m,現(xiàn)利用其發(fā)電，若發(fā)電機總效率為50%輸出電壓為240 V,輸電線路總電阻 R 30,允許損失功率為發(fā)電機輸出功率的6%為滿足用電的要求,使用戶獲得 220 V電壓，則該輸電線路所使用的理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少？能使多少盞 “220V 100W'的電燈正常發(fā)光？解析：按題意畫出遠距離輸電的示意圖如圖13-5-2所示,圖 13-5-2習題精練1.遠距離輸電線的示意圖，如圖 13-5-3所示，若發(fā)電機的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是 ( )。A.升壓變壓器的原線圈中的電

18、流與用戶用電設備消耗的功率無關。B.輸電線路中的電流只由升壓變壓器原線圈的匝數(shù)比決定。C.當用戶用電器的總電阻減小時，輸電線上損失的功率增大。D.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓。圖 13-5-3R通過導線的電流為I ,學校的2.發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U,發(fā)電廠至學校的輸電線電阻為輸入電壓U,下列計算線路損耗功率的式子中正確的是()U 2(U1 U2)22A. LB . (-2-C. I R D . I (U-U2)RR3.電站向某地輸送x 103kW的電功率，輸電線上損失的電功率為x102 kW,若輸送功率不變，把輸電電壓提高為原來的 10倍，同時將輸電線的橫截面積減為原來的一半，求這時輸電線上損失的電功率和用戶得到電功率。4 . 一臺交流發(fā)電機的輸出電壓為 250V,輸出功率為100kW/向遠處輸電所用輸出線的總電阻為 8 要使輸電線上的功率損失不超過輸送功率的5%用戶正好得到220V的電壓.則供電處的升壓變壓器和用戶處的降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？5 .在遠距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個水電站，輸