教案 变压器及远距离输电

变压器远距离输电要点：1、变压器理论知识2、变压器七类应用一、普通变压器基础1.示意图U1U2∽n1n2∽原线圈副线圈铁芯2.构造：（1）闭合铁芯绝缘硅钢片叠合而成（2）原线圈(初级线圈）：与交流电源相连接其匝数用n1表示（3）副线圈（次级线圈）：与用电器连接其匝数用n2表示（4）输入电压：U1;输出电压：U2.3.电路图中符号n1n2电能---磁场能---电能的转换（5）工作原理：电磁感应2．几个关系式•电压关系：•功率关系：•电流关系：312123UUU==Lnnn单个副线圈:I1／I2=n2／n1多个副线圈:n1I1=n2I2+n3I3+…P入=P出(多个副线圈:P1=P2+P3+…)1.变压器的工作原理:是利用电磁感应原理工作的.因此变压器只能改变交流电压，而不能改变恒定电压.注意：变压器的原线圈如果接的是干电池、蓄电池或匀速切割的导体棒时，副线圈两端的电压为零。二、变压器的工作原理U1／U2=n1／n2I1I2n1n2U1U2R3、输入输出电压、电流、功率之间的因果关系电源U1U2n2n1I2P出P入I1I2U2RU2*输入电压U1决定输出电压U2*输出电压U2和用电器电阻R决定输出电流I2*输出电流I2决定输入电流I1*输出功率P出决定输入功率P入升压变压器降压变压器14223UUUURIF线rI1I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4用户三、远距离高压输电的原理设发电机的输出功率为P，I2=P／U2，则功率损失为：P损=I22R用户得到的功率为：P用=P-P损输电线路上的电压损失为：U损=I2r降压变压器输入电压为：U3=U2-U损1、如图，理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1．原线圈接入一电压为u＝U0sinωt的交流电源，副线圈接一个R＝27.5Ω的负载电阻．若U0＝220V，ω＝100πrad/s，则下述结论正确的是A．副线圈中电压表的读数为55VB．副线圈中输出交流电的周期为C．原线圈中电流表的读数为0.5AD．原线圈中的输入功率为1s100π1102WVAR【答案】：AC2类型一：变压器的原理理解1、如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2；输电线的等效电阻为R，开始时，电键K断开。当K接通时，以下说法正确的是（）A．副线圈两端M、N的输出电压减小B．副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C．通过灯泡L1的电流增大D．原线圈中的电流增大NML1L2KRBD类型二：变压器的动态分析n1n2u1dabA1A2VcPR2、如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比为10:１，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，除R以外其余电阻不计．从某时刻开始在原线圈c、d两端加上的交变电压，并将开关接在a处．则()A．时，c、d间电压瞬时值为110VB．时，电压表的示数为22VC．若将滑动变阻器触片P向上移，电压表和电流表A2的示数均变大D．若将单刀双掷开关由a拨向b，两电流表的示数均变大st6001st6001V10022201tsinuBD1、如图是一个理想变压器的电路图，若A、B两点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为（）A.51B.15C.41D.14n1n2UAB解：设灯泡正常发光的电流为I，则原、副线圈的电流分别为I和4I，如图所示。I4I所以原、副线圈的匝数比为41C类型三：原线圈回路中接有用电器的问题2、如图所示，变压器原副线圈的匝数比为3:1，L1、L2、L3、L4为四只规格均为“9V，6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图象如图．则以下说法中正确的是A．电压表的示数为36VB．电流表的示数为1AC．四只灯泡均能正常发光D．变压器副线圈两端交变电流的频率为50Hz答案：CD类型四：特殊的变压器a.自耦变压器：特点是铁芯上只绕有一个线圈．如果整个线圈作原线圈,副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（图甲）。n2n1U1U2图甲如果把线圈的一部分作原线圈,整个线圈作副线圈，就可以升高电压（图乙）．n2n1U1U2图乙b.调压变压器.也是一种自耦变压器，它的构造如图所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2．1、如图所示是一台理想自耦变压器，当a、b之间接正弦交流电，A、V分别为理想交流电流表和交流电压表。若将调压端的滑动头P向上移动，则（）A．电压表V的示数变大B．变压器的输出功率变大C．电流表A的示数变小D．电流表A的示数变大UabRPAV解：滑动头P向上移动，电压表V的示数变小，输出功率减小，输入功率也减小，电流表A的示数变小。C2、调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上．AB间加上正弦交流电压U，移动滑动触头P的位置，就可以调节输出电压．在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q．则（）A．保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变大B．保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变小C．保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变大D．保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变小UABPRQABC类型五：互感器•(1)如图所示是电压互感器，原线圈在高压电路中，副线圈接电压表．互感器将变为，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压．•(2)如图所示是电流互感器，原线圈在待测高电流电路中，副线圈接电流表．互感器将变成，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流．甲并联高电压低电压乙串联强电流弱电流甲乙1、如图所示，L1和L2是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器。若已知甲的变压比为500：1，乙的变流比为200：l，并且已知加在电压表两端的电压为220V，通过电流表的电流为5A，则输电线的输送功率为()A．1.1×102WB．1.1×104WC．1.1×l06WD．1.1×108WD2、钳形电流表的外形和结构如图所示。图4（a）中电流表的读数为1.2A。图4（b）中用同一电缆线绕了3匝，则Ａ．这种电流表能测直流电流，图4（b）的读数为2.4AＢ．这种电流表能测交流电流，图4（b）的读数为0.4AＣ．这种电流表能测交流电流，图4（b）的读数为3.6AＤ．这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图4（b）的读数为3.6A原线圈副线圈原线圈匝数变为3倍副线圈电流变为3倍√1、如图所示为某变压器对称铁芯的示意图。已知此时原线圈ab两端输入交流电压（V），原线圈匝数匝，副线圈匝数匝。则副线圈cd端输出的电压的有效值为（）ut2202sinA.15VB.30VB.C.60VD.120V解：磁感线为闭合曲线，根据铁芯磁通路的对称性可知，任何时刻原线圈中磁通量的变化率都是副线圈中的2倍。UnUn11222UnnUVV2211126222201230×××类型六“日形”变压器1、某小型水电站的输电示意图如下。发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1，n2。降压变压器原副线匝数分别为n3、n4（均为理想变压器）。要使额定电压为220V的用电器正常工作，则（）A．B．C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功n4n1rn2n3用电器升压变压器降压变压器3214nnnn3214nnnnAD类型七：远距离输电问题2、某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压U=500伏，向远距离输电的输电线总电阻R=8欧。现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为220伏，则：①画出输电线路的示意图；②求出所用的变压器的原副线圈匝数比。解：线路上损耗的功率为P′=5000W，P′=I22R,∴电流为I2=25A，线路上的电压为U′=I2R=200V，U2=P/I2=100000/25=4000V,∴n1／n2=U1／U2=1／8U3=U2-U′=3800VU4=220Vn3／n4=U3／U4=190／11U4=220VU1=500V10ΩU2U3再见3、某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压U=1000伏，向远距离输电的输电线总电阻R=8欧。现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为220伏，则：①画出输电线路的示意图；②求出所用的变压器的原副线圈匝数比。解：线路上损耗的功率为P′=5000W，∵P′=I22R,∴电流为I2=25A，线路上的电压为U′=I2R=200V，U2=P/I2=100000/25=4000V,∴n1／n2=U1／U2=1／4U3=U2-U′=3800VU4=220Vn3／n4=U3／U4=190／11U4=220VU1=1000V8ΩU2U34、如图所示，交流发电机向理想变压器提供220V的交变电压，升压变压器原副线圈匝数比为1：10，远距离输电导线总电阻为R线=2欧姆，输送功率为10KW，求：输电导线损失的能量。解：由已知U1=220V根据U1：U2=n1：n2所以U2=2200V根据P输出=10KWI线=P输出/U2所以I线=10×103/2200=50/11A又根据P线损=I线2R=（50/11）2×2=41W若直接供电求：线路功率的损耗P线损=4100W发电机用户n1n2n3n4R线U1U2U3U45、有一条河流，河水流量为4m3/s，落差为5m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为50％，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4Ω，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5％，而用户所需要电压为220V，求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比．g=9.8m/s2线路上损耗的功率为P′=4900W，∵P′=I22R,∴电流为I2=35A，线路上的电压为U′=I2R=140V，U2=P2/I2=2800V,∴n1／n2=U1／U2=350／2800=1／8U3=U2-U′=2660VU4=220Vn3／n4=U3／U4=2660／220≈12／1解:机械功率P1=mgh/t=1000×4×9.8×5=1.96×105W发电机的输出功率P2=0.5×P1=9.8×104W6、某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压U=1000伏，向远距离输电的输电线总电阻R=8欧。现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为220伏，则：①画出输电线路的示意图；②求出所用的变压器的原副线圈匝数比。U4=220VU1=1000V8ΩU2U321、某农村水力发电站发电机的输出电压，先通过电站附近的升压变压器升压后，再用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器。降压后，再用线路接到各用户。设发电机输出电压稳定且两变压器均为理想变压器。在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率却增加，这时与用电低谷时比较（）A．升压变压器的副线圈两端的电压变大B．高压输电线路的电压损失变大C．降压变压器的副线圈两端的电压变大D．降压变压器的副线圈中的电流变大BD22、水利发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能，是功在当代，利在千秋的大事，现在水力发电已经成为我国的重要能源之一。某小河水流量为40m3/s,现在欲在此河段上筑坝安装一台发电功率为1000千瓦的发电机发电。（1）设发电机输出电压为500V，在输送途中允许的电阻为5Ω，许可损耗总功率的5%，则所用升压变压器原副线圈匝数比应是多大？（2）若所用发电机总效率为50%，要使发电机能发挥它的最佳效能，则拦河坝至少要建多高？g取10m/s2。解：（1）设送电电流为I，损耗的功率为P耗、导线电阻为R线，由P＝I2R得：A10050501010003线耗.RPI设送电电压为U送，由P＝IU得：V10110010100043＝＝＝送IPU则升压变压器原副线圈匝数比20110000500＝＝＝副原副原UUnn（2）发电时水的重力势能转化为电能故：50％mgh＝Pt其中skg1044010143tVtmm550101041010005043