第十章第2單元、變壓器、電能的輸送

1、一、變壓器原理一、變壓器原理1構(gòu)造和原理構(gòu)造和原理 如圖如圖1021所示：所示： (1)主要構(gòu)造：由主要構(gòu)造：由 、 和和 組組成成 (2)工作原理：電磁感應(yīng)的工作原理：電磁感應(yīng)的 現(xiàn)象現(xiàn)象圖圖1021原線圈原線圈副線圈副線圈閉合鐵芯閉合鐵芯互感互感2理想變壓器的基本關(guān)系式理想變壓器的基本關(guān)系式 (1)電壓關(guān)系：電壓關(guān)系： 若若n1n2，為，為 變壓器；若變壓器；若 n1n2，為，為 變壓器變壓器 (2)電流關(guān)系：電流關(guān)系： 只適用于只有一個副線圈的情況只適用于只有一個副線圈的情況 升壓升壓降壓降壓3互感器互感器 (1)電壓互感器：用來把電壓互感器：用來把 電壓變成電壓變成 電壓電壓 (2)電

2、流互感器：用來把電流互感器：用來把 電流變成電流變成 電流電流高高低低大大小小 (1)如果變壓器沒有漏磁和能量損失，這樣的如果變壓器沒有漏磁和能量損失，這樣的變壓器就是理想變壓器變壓器就是理想變壓器(2)變壓器只能改變交變電流的電流和電壓，不能改變恒定變壓器只能改變交變電流的電流和電壓，不能改變恒定電流的電流和電壓電流的電流和電壓二、電能的輸送二、電能的輸送1根據(jù)根據(jù)P損損I2R線線，減少輸電電能損失有兩種方法，減少輸電電能損失有兩種方法 (1)減小輸電線的電阻：由減小輸電線的電阻：由R 可知，要減小輸電線的電阻可知，要減小輸電線的電阻 R線線，在輸電距離不變情況下，可采用減小材料的，在輸電距

3、離不變情況下，可采用減小材料的 、 增大導(dǎo)線的增大導(dǎo)線的 等方法，但是不實際，不容易實現(xiàn)等方法，但是不實際，不容易實現(xiàn) (2)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸電功率一定的情況下，根據(jù)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸電功率一定的情況下，根據(jù) PUI，要減小電流，必須提高，要減小電流，必須提高 橫截面積橫截面積電阻率電阻率輸電電壓輸電電壓2遠距離輸電的功率損失遠距離輸電的功率損失 輸送功率一定時，線路電流輸送功率一定時，線路電流I ，輸電線上損失功，輸電線上損失功 率率P損損I2R線線 ，可知，可知P損損理想變理想變壓器壓器沒有能量損失沒有能量損失沒有磁通量損失沒有磁通量損失基基本本關(guān)關(guān)系系功率關(guān)系功率關(guān)系原

4、線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率P入入P出出電壓關(guān)系電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負載原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負載情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān)情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān)電流關(guān)系電流關(guān)系 只有一個副線圈：電流和匝數(shù)成反比只有一個副線圈：電流和匝數(shù)成反比 多個副線圈：由輸入功率和輸出多個副線圈：由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等原、副線圈中電流的頻率相等理想變理想變壓器壓器沒有能量損失沒有能量損失沒有磁通量損失沒有磁通量損失制約制約關(guān)系關(guān)系電電壓壓副線圈電壓副線圈電壓U2由原線圈電

5、壓由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定和匝數(shù)比決定功功率率原線圈的輸入功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率由副線圈的輸出功率P2決定決定電電流流原線圈電流原線圈電流I1由副線圈電流由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定和匝數(shù)比決定(1)理想變壓器的應(yīng)用中要注意副線圈和原線圈功率相等這個理想變壓器的應(yīng)用中要注意副線圈和原線圈功率相等這個 特點，電流關(guān)系的推導(dǎo)應(yīng)該以其為依據(jù)特點，電流關(guān)系的推導(dǎo)應(yīng)該以其為依據(jù)(2)變壓器的以上關(guān)系都是根據(jù)變壓器的以上關(guān)系都是根據(jù)“口口”字型的變壓器推出的如字型的變壓器推出的如 果變壓器不是果變壓器不是“口口”字型時，應(yīng)根據(jù)字型時，應(yīng)根據(jù)變壓器的原理及各線圈變壓器的原理及各線圈

6、中磁通量的關(guān)系推導(dǎo)出各物理量的關(guān)系中磁通量的關(guān)系推導(dǎo)出各物理量的關(guān)系 如圖如圖1022所示的電路中，變壓器初級線圈所示的電路中，變壓器初級線圈匝數(shù)匝數(shù)n11000匝，次級線圈有兩個，匝，次級線圈有兩個，匝數(shù)分別為匝數(shù)分別為n2500匝，匝，n3200匝，匝，分別接一個分別接一個R55 的電阻，在初級的電阻，在初級線圈上接入線圈上接入U1220 V的交變電流求：的交變電流求：(1)兩次級線圈輸出電功率之比；兩次級線圈輸出電功率之比；(2)初級線圈中的電流初級線圈中的電流 聽課記錄聽課記錄 (1)對兩個次級線圈有對兩個次級線圈有所以所以U2 U3又又P 所以所以(2)由歐姆定律得由歐姆定律得I2

7、2 A，I3 0.8 A.對有兩個次級線圈的變壓器有對有兩個次級線圈的變壓器有n1I1n2I2n3I3所以所以I1 1.16 A.答案答案(1) (2)1.16 A 名師歸納名師歸納對于有兩組以上的副線圈的變壓器，電壓對于有兩組以上的副線圈的變壓器，電壓與匝數(shù)成正比關(guān)系仍成立，而電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律不再與匝數(shù)成正比關(guān)系仍成立，而電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律不再成立但在任何情況下電流的關(guān)系都可以根據(jù)變壓器的輸入成立但在任何情況下電流的關(guān)系都可以根據(jù)變壓器的輸入功率等于輸出功率進行求解，即功率等于輸出功率進行求解，即U1I1U2I2U3I3，或，或n1I1n2I2n3I3.1.理想變壓器的幾個因果關(guān)系

8、理想變壓器的幾個因果關(guān)系 當理想變壓器的匝數(shù)比不變時，當理想變壓器的匝數(shù)比不變時， 如圖如圖1023所示，各量相互所示，各量相互 關(guān)系如下：關(guān)系如下： (1)輸入電壓輸入電壓U1決定輸出電壓決定輸出電壓U2.這這 是因為輸出電壓是因為輸出電壓U2 ，當，當U1不變時，不變時， 不論負載電阻不論負載電阻R變化與否，變化與否，U2不會改變不會改變圖圖1023(2)輸出電流輸出電流I2決定輸入電流決定輸入電流I1.在輸入電壓一定的情況下，輸在輸入電壓一定的情況下，輸 出電壓出電壓U2也被完全確定，當負載電阻也被完全確定，當負載電阻R增大時，增大時，I2減小，減小， 則則I1相應(yīng)減?。划斬撦d電阻相應(yīng)減

9、小；當負載電阻R減小時，減小時，I2增大，則增大，則I1相應(yīng)增相應(yīng)增 大大(3)輸出功率輸出功率P2決定輸入功率決定輸入功率P1.理想變壓器的輸入功率與輸理想變壓器的輸入功率與輸 出功率相等，即出功率相等，即P1P2，在輸入電壓，在輸入電壓U1一定的情況下，當一定的情況下，當 負載電阻負載電阻R增大時，增大時，I2減小，則變壓器的輸出功率減小，則變壓器的輸出功率P2I2U2 減小，輸入功率減小，輸入功率P1也將相應(yīng)減??；當負載電阻也將相應(yīng)減小；當負載電阻R減小時，減小時， I2增大，變壓器的輸出功率增大，變壓器的輸出功率P2I2U2增大，則輸入功率增大，則輸入功率P1 也將增大也將增大2動態(tài)分

10、析的思路程序可表示為：動態(tài)分析的思路程序可表示為：(1)對于電源，原線圈相當于用電器；對于用電器，副線圈對于電源，原線圈相當于用電器；對于用電器，副線圈 相當于電源相當于電源(2)對理想變壓器應(yīng)注意能量守恒定律的應(yīng)用對理想變壓器應(yīng)注意能量守恒定律的應(yīng)用 如圖如圖1024所示，理想變壓器輸入端所示，理想變壓器輸入端PQ接接穩(wěn)定的交流電源，通過單刀雙擲開關(guān)穩(wěn)定的交流電源，通過單刀雙擲開關(guān)S可改變變壓器原線圈可改變變壓器原線圈匝數(shù)匝數(shù)(圖中電壓表及電流表皆為理想電表圖中電壓表及電流表皆為理想電表)，則下列說法中正，則下列說法中正確的是確的是 ()圖圖1024 A當滑片當滑片c向向b端移動時，變壓器輸

11、入功率變大端移動時，變壓器輸入功率變大 B當滑片當滑片c向向a端移動時，電流表端移動時，電流表A1的示數(shù)將減小，電壓的示數(shù)將減小，電壓表表V的示數(shù)不變的示數(shù)不變 C當滑片當滑片c向向b端移動時，電流表端移動時，電流表A2的示數(shù)將變大，電壓的示數(shù)將變大，電壓表表V的示數(shù)也變大的示數(shù)也變大 D滑片滑片c不動，將開關(guān)不動，將開關(guān)S由由1擲向擲向2時，三個電表時，三個電表A1、A2、V的示數(shù)都變大的示數(shù)都變大滑片滑片c移動改變負載電阻的大小，從而改變副線圈中的電流、功移動改變負載電阻的大小，從而改變副線圈中的電流、功率，改變原線圈中的電流率，改變原線圈中的電流.開關(guān)開關(guān)S由由1擲向擲向2減少了原線圈的

12、匝數(shù)，減少了原線圈的匝數(shù)，從而改變其他各物理量從而改變其他各物理量. 解題指導(dǎo)解題指導(dǎo)滑片滑片c向向b端移動時，端移動時，R變大，輸出功率變大，輸出功率P2 ，又因，又因U2不變，則不變，則P2減小，所以輸入功率減小，減小，所以輸入功率減小，A項錯；項錯； 滑片滑片c向向a端移動時，端移動時，R變小，變小，A2示數(shù)示數(shù)I2 變大，則變大，則A1示示數(shù)變大，數(shù)變大，B項錯；項錯； 滑片滑片c向向b端移動時，端移動時，R變大，由變大，由I2 知，知，A2示數(shù)變小，示數(shù)變小，故故C項錯；項錯； 當滑片當滑片c不動，開關(guān)不動，開關(guān)S由由1擲向擲向2時，原線圈匝數(shù)時，原線圈匝數(shù)n1減少，由減少，由U2

13、U1知知U2變大，故變大，故A2示數(shù)變大，示數(shù)變大，A1示數(shù)變大，故示數(shù)變大，故D項項正確正確答案答案D 名師歸納名師歸納理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種類型：類型： (1)負載電阻不變，原、副線圈的電壓負載電阻不變，原、副線圈的電壓U1、U2也不變，也不變，電流電流I1、I2，功率，功率P1、P2隨匝數(shù)比變化而變化隨匝數(shù)比變化而變化 (2)匝數(shù)比不變，原、副線圈的電壓匝數(shù)比不變，原、副線圈的電壓U1、U2也不變，也不變，電流電流I1、I2，功率，功率P1、P2隨負載電阻的變化而變化隨負載電阻的變化而變化 無論哪種情況，處理此類問題的關(guān)鍵都是要分清變無論哪種

14、情況，處理此類問題的關(guān)鍵都是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系互制約關(guān)系U2由由U1和匝數(shù)比決定；和匝數(shù)比決定；I2由由U2和負載電阻決和負載電阻決定；定；I1由由I2和匝數(shù)比決定和匝數(shù)比決定1如圖如圖1025所示，所示，T為理想變壓器，副線圈回路中的輸為理想變壓器，副線圈回路中的輸 電線電線ab和和cd的電阻不可忽略，其余輸電線電阻可不計，則當?shù)碾娮璨豢珊雎?，其余輸電線電阻可不計，則當 電鍵電鍵S閉合時閉合時 ()圖圖1025A交流電壓表交流電壓表V1和和V2的示數(shù)一定都變小的示數(shù)一定都變小B交流電壓表只有交

15、流電壓表只有V2的示數(shù)變小的示數(shù)變小C交流電流表交流電流表A1、A2和和A3的示數(shù)一定都變大的示數(shù)一定都變大D只有只有A1的示數(shù)變大的示數(shù)變大解析：解析：閉合閉合S時，輸出電路電阻減小，副線圈中電流增大，時，輸出電路電阻減小，副線圈中電流增大，V1示數(shù)不變，示數(shù)不變，A2示數(shù)變大，則示數(shù)變大，則A1示數(shù)也變大，由于示數(shù)也變大，由于V1示數(shù)示數(shù)不變，不變，A2示數(shù)變大，則示數(shù)變大，則V2示數(shù)變小，示數(shù)變小，A3示數(shù)變小綜上所示數(shù)變小綜上所述，只有述，只有B項正確項正確答案：答案：B1.對高壓輸電問題，應(yīng)對高壓輸電問題，應(yīng)按按“發(fā)電機發(fā)電機升壓變壓器升壓變壓器遠距離輸電遠距離輸電 線線降壓變壓器降

16、壓變壓器用電器用電器”這樣的順序，或從這樣的順序，或從“用電器用電器”倒倒推推 到到“發(fā)電機發(fā)電機”一步一步一步進行分析一步進行分析2高壓輸電既能減少功率損失，也能減少電壓損失，但在實高壓輸電既能減少功率損失，也能減少電壓損失，但在實 際高壓輸電時，也并非輸電電壓越高越好，還需考慮各種際高壓輸電時，也并非輸電電壓越高越好，還需考慮各種 因素，依照不同的情況選擇合適的輸電電壓因素，依照不同的情況選擇合適的輸電電壓圖圖1026 3遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖以圖1026為例為例)(1)功率關(guān)系：功率關(guān)系：P1P2，P3P4，P2P線線P3.(2)電壓、電流關(guān)系：電

17、壓、電流關(guān)系： U2U線線U3，I2I3I線線(3)輸電電流：輸電電流：I線線(4)輸電線上損耗的功率：輸電線上損耗的功率： P損損I線線U線線I線線2R線線當輸送的電功率一定時，輸電電壓增大到原來的當輸送的電功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線倍，輸電線上損耗的功率就減少到原來的上損耗的功率就減少到原來的 (15分分)某小型發(fā)電站的發(fā)電機輸出交流電壓某小型發(fā)電站的發(fā)電機輸出交流電壓為為500 V，輸出電功率為，輸出電功率為50 kW，如果用電阻為，如果用電阻為3 的輸電線的輸電線向遠處用戶送電，這時用戶獲得的電壓和電功率是多少？假向遠處用戶送電，這時用戶獲得的電壓和電功率是多少？假如

18、，要求輸電線上損失的電功率是輸送功率的如，要求輸電線上損失的電功率是輸送功率的0.6%，則發(fā)電，則發(fā)電站要安裝一個升壓變壓器，到達用戶前再用降壓變壓器變?yōu)檎疽惭b一個升壓變壓器，到達用戶前再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶使用，不考慮變壓器的能量損失，這兩個變壓供用戶使用，不考慮變壓器的能量損失，這兩個變壓器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？器原、副線圈的匝數(shù)比各是多少？ 先畫出輸電線路圖，然后以變壓器為界，分成幾個獨立先畫出輸電線路圖，然后以變壓器為界，分成幾個獨立的閉合電路，應(yīng)用歐姆定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路的特點及的閉合電路，應(yīng)用歐姆定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路的特點及電功、電功率等有關(guān)公式分析各自的電流、

19、電壓和功率電功、電功率等有關(guān)公式分析各自的電流、電壓和功率關(guān)系，各獨立回路之間可通過變壓器的關(guān)系，各獨立回路之間可通過變壓器的及理想變壓器及理想變壓器P1P2等聯(lián)系起來等聯(lián)系起來.111222nUInUI 滿分指導(dǎo)滿分指導(dǎo)用用500 V電壓送電時示意圖如圖電壓送電時示意圖如圖1027所所示，示，50 kW的電功率在輸電線上的電功率在輸電線上的電流的電流I0 A100 A (2分分) 用戶獲得電壓用戶獲得電壓 U1U0I0R(5001003) V200 V (2分分) 用戶獲得的功率用戶獲得的功率P1I0U12104 W (1分分) 改用高壓輸送時示意圖如圖改用高壓輸送時示意圖如圖1128所示，

20、要求所示，要求P損損0.6%P，即，即P損損501030.6% W300 W (2分分)圖圖 1027圖圖1028 輸電電流輸電電流I A10 A (1分分)發(fā)電站升壓后輸電電壓發(fā)電站升壓后輸電電壓 (1分分)升壓變壓器匝數(shù)比升壓變壓器匝數(shù)比 (2分分)輸電線上損失的電壓輸電線上損失的電壓UIR103 V30 V (1分分)降壓變壓器的輸入電壓降壓變壓器的輸入電壓U2UU(500030) V4970 V， (1分分)降壓變壓器的匝數(shù)比降壓變壓器的匝數(shù)比 (2分分)答案答案200 V2104 W1 10497 22 名師歸納名師歸納在遠距離輸電問題中，計算電路功率在遠距離輸電問題中，計算電路功率

21、問題時常用關(guān)系式問題時常用關(guān)系式 ，其原因是，其原因是I線線較易由公式較易由公式 求出，而公式求出，而公式P損損U線線I線線或或P損損 則不常用，則不常用，其原因是在一般情況下其原因是在一般情況下U線線不易求出，且易把不易求出，且易把U線線和和U輸輸相混淆相混淆造成錯誤造成錯誤P損損I線線2R線線2(2008上海高考上海高考)某小型實驗水電站輸出功率是某小型實驗水電站輸出功率是20 kW，輸，輸 電線總電阻為電線總電阻為6 . (1)若采用若采用380 V輸電，求輸電線路損耗的功率輸電，求輸電線路損耗的功率 (2)若改用若改用5000 V高壓輸電，用戶端利用高壓輸電，用戶端利用n1 n222

22、1的變的變 壓器降壓，求用戶得到的電壓壓器降壓，求用戶得到的電壓解析：解析：(1)輸電線上的電流為輸電線上的電流為I A52.63 A輸電線路損耗的功率為輸電線路損耗的功率為P損損I2R52.6326 W16620 W16.62 kW(2)改用高壓輸電后，輸電線上的電流為改用高壓輸電后，輸電線上的電流為I A4 A用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓U1UIR(500046)V4976 V根據(jù)根據(jù) 用戶得到的電壓為用戶得到的電壓為U2 4976 V226.18 V.答案：答案：(1)16.62 kW(2)226.18 V 隨堂鞏固隨堂鞏固1如圖如圖1029所示為一理想變

23、壓器，在原線圈輸入所示為一理想變壓器，在原線圈輸入 電壓不變的條件下，要提高變壓器的輸入功率，可采用的電壓不變的條件下，要提高變壓器的輸入功率，可采用的 方法是方法是 () A只增加原線圈的匝數(shù)只增加原線圈的匝數(shù) B只增加副線圈的匝數(shù)只增加副線圈的匝數(shù) C只減小只減小R1的電阻的電阻 D斷開開關(guān)斷開開關(guān) S圖圖1029解析：解析：輸入功率由輸出功率決定，副線圈上的功率輸入功率由輸出功率決定，副線圈上的功率P2增加副線圈的匝數(shù)，增加副線圈的匝數(shù)，U2增加，增加，P2增大，增大，B正確；增加原線圈正確；增加原線圈匝數(shù)，匝數(shù)，U2減小，減小，P2減小，減小，A錯；減小錯；減小R1的電阻，副線圈上的的

24、電阻，副線圈上的總電阻總電阻R變小，變小，P2增大，增大，C對；斷開對；斷開S，總電阻，總電阻R增大，增大，P2減減小，小，D錯錯 答案：答案：BC2在家用交流穩(wěn)壓器中，變壓器的原、副線圈都帶有滑動在家用交流穩(wěn)壓器中，變壓器的原、副線圈都帶有滑動 頭，如圖頭，如圖10210所示當變壓器輸入電壓發(fā)生變化時，所示當變壓器輸入電壓發(fā)生變化時， 可上下調(diào)節(jié)可上下調(diào)節(jié)P1、P2的位置，使輸出電壓穩(wěn)定在的位置，使輸出電壓穩(wěn)定在220 V 上現(xiàn)發(fā)現(xiàn)輸出電壓低于上現(xiàn)發(fā)現(xiàn)輸出電壓低于220 V，下列措施不正確的是，下列措施不正確的是 () AP1不動，將不動，將P2向上移向上移 BP2不動，將不動，將P1向下移

25、向下移 C將將P1向上移，同時向上移，同時P2向下移向下移 D將將P1向下移，同時向下移，同時P2向上移向上移圖圖10210.解析：解析：由由 可知可知U2 ，要提高，要提高U2，可通過增，可通過增大大n2或減小或減小n1或同時增大或同時增大n2、減小、減小n1的辦法，故的辦法，故C的措施不的措施不正確正確答案：答案：C3 (2010南通模擬南通模擬)如圖如圖10211所示，理想變壓器原、副所示，理想變壓器原、副 線圈匝數(shù)之比線圈匝數(shù)之比n1 n24 1，原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌，原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌， 副線圈與電阻副線圈與電阻R相連組成閉合回路當直導(dǎo)線相連組成閉合回路當直導(dǎo)線AB在勻強磁在勻

26、強磁 場中沿導(dǎo)軌勻速地向右做切割磁感線運動時，安培表場中沿導(dǎo)軌勻速地向右做切割磁感線運動時，安培表A1的的 讀數(shù)是讀數(shù)是12毫安，那么安培表毫安，那么安培表A2的讀數(shù)是的讀數(shù)是 () A0B3毫安毫安 C48毫安毫安 D與與R值大小有關(guān)值大小有關(guān)圖圖10211解析：解析：當直導(dǎo)線當直導(dǎo)線AB在勻強磁場中沿導(dǎo)軌勻速地向右做切割在勻強磁場中沿導(dǎo)軌勻速地向右做切割磁感線運動時，原線圈中產(chǎn)生恒定的電流，不能在鐵芯中磁感線運動時，原線圈中產(chǎn)生恒定的電流，不能在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，A正確正確答案：答案：A4(2009廣東高考廣東高考)圖圖10212所示為遠距離高壓輸電的所示為遠距離高壓輸電的 示意圖關(guān)于遠距離輸電，下列表述正確的是示意圖關(guān)于遠距離輸電，下列表述正確的是 ()圖圖10212A增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的 電能損失電能損失B高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗C