變壓器——遠(yuǎn)距離輸電

1、課時34變壓器遠(yuǎn)距離輸電,考點(diǎn)一理想變壓器 基礎(chǔ)梳理 1主要作用：改變交流電的電壓 2主要構(gòu)造：由原線圈(初級線圈)、副線圈(次級線圈)和閉合鐵芯組成 3工作原理：電磁感應(yīng)(互感現(xiàn)象),(2)功率關(guān)系P入P出或I1U1I2U2I3U3InUn (3)電流關(guān)系I1n1I2n2I3n3Innn，當(dāng)只有一個副線圈時I1n1I2n2,疑難詳析 任意線圈兩端的電壓與線圈本身的匝數(shù)成正比 理想變壓器各線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比，不僅適用于原、副線圈各有一個的情況，而且適用于多個副線圈的情況，這是因?yàn)槔硐胱儔浩鞯拇磐咳考性阼F芯內(nèi)，穿過每匝線圈的磁通量的變化率是相同的，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同，

2、每組線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和匝數(shù)成正比在線圈內(nèi)阻不計(jì)的情況下，線圈兩端的電壓等于電動勢，故每組線圈兩端的電壓都與匝數(shù)成正比,當(dāng)然，以上結(jié)論成立的前提條件是必須在“回”字形變壓器鐵芯上的情景如果是“日”字形鐵芯，因穿過各匝線圈的磁通量不一定變化相同，所以結(jié)論不再成立,深化拓展 理想變壓器中的決定因素 1輸入電壓U1決定輸出電壓U2輸出電壓U2 U1，與負(fù)載電阻的情況無關(guān)； 2輸出功率P出決定輸入功率P入輸入功率隨輸出功率的變化而變化，理想變壓器中始終保持P入P出；,3輸出電流I2決定輸入電流I1當(dāng)輸入電壓一定時，輸出電壓一定，輸出電流隨負(fù)載電阻的變化而變化，由功率關(guān)系可理解電流的確定關(guān)系,考點(diǎn)二遠(yuǎn)

3、距離輸電問題 基礎(chǔ)梳理 1目的：輸送電能 2關(guān)鍵：減少輸電線上電能的損失，P耗I2R線 3措施：(1)減少輸電線的電阻R線，例如加大導(dǎo)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(dǎo)線； (2)提高輸電電壓，減小輸電電流,圖1,4常用關(guān)系：如果發(fā)電站的輸出功率為P，輸出電壓為U，用戶得到的電功率為P，用戶得到的電壓為U，如圖1所示，則有關(guān)系式： (1)輸出電流 (2)輸電線損失的電壓U線UUIR線 (3)輸電線損失的電功率P損PPI2R線,5過程示意：如圖2所示，從發(fā)電到用戶有以下定量關(guān)系(變壓器為理想變壓器)：,圖2 (1)P1P2，P3P4，P2P3P損,疑難詳析 輸送電能的基本要求與實(shí)際措施 1可靠

4、：保證供電線路正常工作； 2保質(zhì)：保證供電質(zhì)量，要求電壓和頻率穩(wěn)定； 3經(jīng)濟(jì)：線路建設(shè)和運(yùn)行的費(fèi)用較低，能耗少、電價低；,4措施：由電損公式P損I2R線進(jìn)行分析，針對措施主要有兩種 (1)減小輸電線的電阻R線，由電阻定律R線 得 減小輸電線的長度L由于輸電距離一定，實(shí)際中不可行； 減小輸電線電阻率目前一般用電阻率較小的銅作導(dǎo)線材料； 增大導(dǎo)線橫截面積S這要多耗費(fèi)金屬材料而增加成本，同時給輸電線的架設(shè)帶來很大困難,(2)減小輸電電流I，由功率公式變形得IP/U 減小輸送功率P實(shí)際中不能以減少用戶的電能需要來達(dá)到減少損耗的目的； 提高輸電電壓U輸送功率P一定時，輸電電壓U越高，輸電的電流I越小，輸

5、電線損失的電功率P損I2R線 越小分析可見，當(dāng)輸送的功率一定、輸電線電阻一定時，輸電電壓提高為原來的n倍，輸電線的電流減為原來的 ，輸電線損耗的電功率減為原來的 .實(shí)際中這是最為可行有效的措施,深化拓展 輸電線損失電功率的分析與計(jì)算 任何輸電線都有電阻，因此當(dāng)電能通過輸電線送向遠(yuǎn)方時，電流通過輸電線，輸電線因有電阻而發(fā)熱，從而損失電功率設(shè)輸電電流為I、輸電線電阻為R線，則輸電線的功率損失為P損I2R線 如果想從 的角度來研究輸電線的功率損耗，則U線IR線U2U3，由于該式較繁瑣且容易出錯，所以計(jì)算輸電線的功率損耗時一般不用該公式,題型一理想變壓器基本規(guī)律的應(yīng)用 例1一臺理想變壓器，其原線圈22

6、00匝，副線圈440匝，并接一個100 的負(fù)載電阻，如圖3所示,圖3,(1)當(dāng)原線圈接在44 V直流電源上時，電壓表示數(shù)為多少？電流表示數(shù)為多少？ (2)當(dāng)原線圈接在220 V交變電源上時，電壓表示數(shù)為多少？電流表示數(shù)為多少？此時輸入功率為多大？變壓器效率為多大(電表均為理想電表)?,分析變壓器的工作原理是利用互感現(xiàn)象，只能改變交變電流和電壓，對于直流電不能改變，對理想變壓器有 P1P2, I1n1I2n2.,解析(1)原線圈接在直流電源上時，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零,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%,題后反思：理想變壓器無能量損失，輸入功率等于輸出功率，輸出電壓由輸入電壓和匝數(shù)比決定，與用電器的電阻及變壓器有無其它副線圈無關(guān),(2009四川高考)如圖4甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，R120 ，R230 ，C為電容器已知通過R1的正弦交流電如圖4乙所示，則 (),圖4,A交流電的頻率為0.02 Hz B原線圈輸入電壓的最大值為 C電阻R2的電功率約為6.67 W D通過R3的電流始終為零,答案：C,題型二變壓器的動態(tài)分析 例2如圖5所示，理想變壓器輸入端PQ接穩(wěn)定的交流電源

8、，通過單刀雙擲開關(guān)S可改變變壓器初級線圈匝數(shù)(圖中電壓表及電流表皆為理想電表)，則下列說法中正確的是 (),圖5,A當(dāng)滑片c向b端移動時，變壓器輸入功率變大 B當(dāng)滑片c向a端移動時，電流表A1的示數(shù)將減小，電壓表V的示數(shù)不變 C當(dāng)滑片c向b端移動時，電流表A2的示數(shù)將變大，電壓表V的示數(shù)也變大 D滑片c不動，將開關(guān)S由1擲向2時，三個電表A1、A2、V的示數(shù)都變大,答案D,題后反思：關(guān)于理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種類型： (1)負(fù)載電阻不變，原副線圈的電壓U1、U2，電流I1、I2，功率P1、P2隨匝數(shù)比變化而變化 (2)匝數(shù)比不變，原副線圈的電壓U1、U2，電流I1、I2，功率P1、P

9、2隨負(fù)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U2由U1和匝數(shù)比決定；I2由U2和負(fù)載電阻決定；I1由I2和匝數(shù)比決定,如圖6所示，變壓器初級線圈接電壓一定的交流電，在下列措施中能使電流表示數(shù)變小的是 () A只將S1從2撥向1 B只將S2從4撥向3 C只將S3從閉合改為斷開 D只將變阻器R3的滑動觸頭上移,圖6,答案：BCD,題型三電能的輸送 例3某發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出功率P100 kW，發(fā)電機(jī)端電壓U250 V，向遠(yuǎn)處送電的輸電線的總電阻R8 .要使傳輸電線上的功率損失不超過輸送功率的5%，用戶得到的電壓又正

10、好是220 V，那么： (1)應(yīng)該怎樣安裝變壓器？畫出輸電線路的示意圖 (2)求出所用的變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比,解析(1)只要安裝一臺升壓變壓器和一臺降壓變壓器，輸電線路示意圖如圖7所示：,圖7,輸電線路上損失電壓U損IR258 V200 V， 降壓變壓器原線圈n3兩端電壓 U3U2U損(4000200) V3800 V， 用戶在副線圈n4兩端得到電壓U4220 V， 即升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為116； 降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為19011.,答案(1)如圖7所示 (2)升壓116；降壓19011,題后反思：求解遠(yuǎn)距離輸電的關(guān)鍵是： (1)熟悉“交流發(fā)電機(jī)升壓變壓器輸電線降壓變壓器用

11、戶”這一過程，并畫出這一過程的示意圖，把需要的物理量都標(biāo)在圖中的相應(yīng)位置上 (2)利用逆算法解決電能的輸送問題時往往比較方便，方法是先從負(fù)載的功率算起，一直倒推到升壓變壓器的輸入端,如圖8所示，交流發(fā)電機(jī)電動勢的有效值20 V，內(nèi)阻不計(jì)，它通過一個R6 的指示燈連接變壓器變壓器輸出端并聯(lián)24只彩色小燈泡，每只燈泡都是“6 V 0.25 W”，燈泡都正常發(fā)光，導(dǎo)線電阻不計(jì)求： 圖8 (1)降壓變壓器初級、次級線圈匝數(shù)比； (2)發(fā)電機(jī)的輸出功率,解析：(1)彩色小燈額定電流ILP/U1/24 A，次級線圈總電流I224IL1 A 變壓器輸入功率等于I1U1I2U26 W，變壓器原線圈電路中，利用

12、歐姆定律可得U1I1R 6I1，代入值解得I11/3 A(I13 A應(yīng)舍去，據(jù)題意知變壓器是降壓變壓器，則I1I2)，所以n1/n2I2/I13/1 (2)發(fā)電機(jī)輸出功率PI16.67 W 答案(1)31(2)6.67 W,1如圖9，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4 1，原線圈接入一電壓為UU0sint的交流電源，副線圈接一個R27.5 的負(fù)載電阻若U0220 V，100 rad/s，則下述結(jié)論正確的是 (),圖9,答案：AC,2一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2115，原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖10所示副線圈僅接入一個10 的電阻，則 () A流過電阻的電流是20 A B與電阻

13、并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是 C經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103 J D變壓器的輸入功率是1103 W,圖10,答案：D,3一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調(diào)電阻R.設(shè)原線圈的電流為I1，輸入功率為P1，副線圈的電流為I2，輸出功率為P2.當(dāng)R增大時 () AI1減小，P1增大BI1減小，P1減小 CI2增大，P2減小 DI2增大，P2增大,解析：理想變壓器(副線圈上電壓不變)當(dāng)負(fù)載電阻R增大時電流I2減小，由P2U2I2可知，功率P2也減小，所以B正確 答案：B,4如圖11，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開關(guān)S是閉合的. 為理想電壓表，讀數(shù)分別為U1和U2； 和 為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3.現(xiàn)斷開S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是 () AU2變小、I3變小 BU2不變，I3變大 CI1變小、I2變小 DI1變大、I2變大,圖11,答案：BC,5(2009山東高考)某小型水電站的電能輸送示意圖如下圖12，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200 V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則