2012-1-6第2讲变压器远距离输电学案杏南中学专用(普通校)

2012-1-6第2讲变压器远距离输电学案基础知识一、变压器1.变压器的构造：如图所示，变压器是由和绕在铁芯上的组成的．(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.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？3.理想变压器：没有__________的变压器，即__________功率等于__________功率．4．基本关系式(1)功率关系：__________(2)电压关系：__________；有多个副线圈时，11nU＝__________(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＝__________.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Q＝I2Rt.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slR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，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，这是行之有效的方法．典型作业1.如图所示，理想变压器原线圈接入交流电u＝Umsinωt，副线圈接有一电压表和电阻为R的负载，电压表的示数为10V．在4Tt时(T为交变电流的周期)，原线圈两端电压的瞬时值为2100V．由此可知变压器原、副线圈的匝数比为()A．210∶1B．1∶210C．10∶1D．1∶102．“风雨同舟，坚强不曲”，舟曲特大泥石流发生后，全国人民伸出了援助之手．某公司向灾区捐赠一批柴油发电机．该柴油发电机说明书的部分内容如表所示．现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，发电机到安置区的距离是400m，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.5×10－4Ω.安置区家用电器的总功率为44kW，当这些家用电器都正常工作时，下列说法中正确的是型号AED6500S最大输出功率60kW输出电压范围220～300VA.输电线路中的电流为20AB．输电线路损失的电功率为8000WC．发电机实际输出电压是300VD．如果该柴油发电机发的电是正弦交流电，则输出电压最大值是300V3.如图所示，水平铜盘半径为r，置于磁感应强度为B，方向竖直向下的匀强磁场中，铜盘绕通过圆盘中心的竖直轴以角速度ω做匀速圆周运动，铜盘的边缘及中心处分别通过滑动变阻器R1与理想变压器的原线圈相连，该理想变压器原、副线圈的匝数比为n∶1，变压器的副线圈与电阻为R2的负载相连，则A．变压器原线圈两端的电压为22wBrB．若R1不变时，通过负载R2的电流强度为0C．若R1不变时，变压器的副线圈磁通量为0D．若R1变化时，通过负载R2的电流强度为通过R1电流的n14.一输入电压为220V，输出电压为36V的变压器副线圈烧坏．为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图所示，然后将原线圈接到220V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1V．按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为()A．1100,360B．1100,180C．2200,180D．2200,3605．(2010·福建理综，13)中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为()A.4PB.2PC．2PD．4P核心要点突破一、理想变压器原、副线圈基本量的关系基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关电流关系只有一个副线圈，电流和匝数成反比多个副线圈，由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中交流电的频率相等制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定特别提醒：(1)基本关系中U1、U2、I1、I2均指有效值．(2)只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比，多个副线圈的变压器没有这种关系．2．负载电阻不变的情况如图所示：(1)U1不变，21nn发生变化，故U2变化．(2)R不变，U2改变，故I2发生变化．(3)根据RUP222，P2发生变化，再根据P1＝P2，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化．3．分析动态问题的思路程序可表示为：三、高压输电问题的分析1．对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析．2．远距离高压输电的几个基本关系(以下图为例)：(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3(2)电压、电流关系：122121IInnUU，344343IInnUUU2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．(3)输电电流：RUUPUPI3322线(4)输电线上损耗的功率P损＝I线ΔU＝I22线R线＝线RUP222．当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减少到原来2n1.典型例题理想变压器基本关系的应用【例1】如图所示，导体棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上，圆环通过电刷与导线c、d相接．c、d两个端点接在匝数比n1∶n2＝10∶1的变压器原线圈两端，变压器副线圈接一滑动变阻器R0.匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下，导体棒ab长为l(电阻不计)，绕与ab平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)OO′以角速度ω匀速转动．如果滑动变阻器的阻值为R时，通过电流表的电流为I，则()A．滑动变阻器上消耗的功率为P＝10I2RB．变压器原线圈两端的电压U1＝10IRC．取ab在环的最低端时t＝0，则导体棒ab中感应电流的表达式是i＝2IsinωtD．ab沿环转动过程中受到的最大安培力F＝2BIL变式题：如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1＝1100匝，副线圈匝数n2＝220匝，交流电源的电压u＝2202sin100πt(V)，电阻R＝44Ω，电压表、电流表为理想电表，则下列说法错误的是()A．交流电的频率为50HzB．电流表的示数为0.2AC．电流表的示数为2AD．电压表的示数为44V理想变压器的动态分析【例2】一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是()A．副线圈输出电压的频率为100HzB．副线圈输出电压的有效值为31VC．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小D．P向右移动时，变压器的输出功率增加远距离输电问题【例3】某小型发电站的发电机输出交流电压为500V，输出电功率为50kW，如果用电阻为3Ω的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220V供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？【例4】在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变．随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有A．升压变压器的输出电压增大B．降压变压器的输出电压增大C．输电线上损耗的功率增大D．输电线上损耗的功率占总功率的比例减小课后作业1.理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u＝20sin100πtV．氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有()A．开关接通后，氖泡的发光频率为50HzB．开关接通后，电压表的示数为100VC．开关断开后，电压表的示数变大D．开关断开后，变压器的输出功率不变2.如图所示，一理想自耦变压器线圈AB绕在一个圆环形的闭合铁芯上，输入端AB间加一正弦式交流电压，在输出端BP间连接了理想交流电流表、灯泡和滑动变阻器，移动滑动触头P的位置，可改变副线圈的匝数，变阻器的滑动触头标记为Q，则()A．只将Q向下移动时，灯泡的亮度变大B．只将Q向下移动时，电流表的读数变大C．只将P沿顺时针方向移动时，电流表的读数变大D．只提高输入端的电压U时，电流表的读数变大3．如图所示，M是一个小型理想变压器，原副线圈匝数之比n1∶n2＝10∶1，接线柱a，b接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图所示．变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器，R1为一定值电阻．下列说法中正确的是()A．电压表示数为22VB．当传感器R2所在处出现火灾时，电压表的示数减小C．当传感器R2所在处出现火灾时，电流表的示数减小D．当传感器R2所在处出现火灾时，电阻R1的功率变小4.(2010·全国Ⅱ，19)图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，P为滑动头．现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止．用I1表示流过原线圈的电流，I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)．下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是()A．①②B．②③C．②③④D．①②③④