時 變壓器　電能的輸送

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1、會計學(xué)1時時 變壓器電能的輸送變壓器電能的輸送n n2.理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律n n如圖1121所示，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(yīng)的原因，原、副線圈中都將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：E1=n1 ,E2=n2圖1121第1頁/共47頁n n忽略原、副線圈內(nèi)阻，有U1E1，U2E2n n另外，考慮到鐵芯的導(dǎo)磁作用而且忽略漏磁，即認(rèn)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1=2n n由此便可得理想變壓器的電壓變化規(guī)律為n n.n n在此基礎(chǔ)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，分別俗稱為“銅損”和“

2、鐵損”)，于是有P1=P2 而P1=I1U1P2=I2U2第2頁/共47頁n n由此可見：n n(1)電壓跟匝數(shù)的關(guān)系：n n(2)功率關(guān)系：P輸入=P輸出n n(3)電流關(guān)系：.n n需要特別引起注意的是：n n(1)只有當(dāng)變壓器只有一個副線圈工作時，才有：U1I1=U2I2，第3頁/共47頁n n(2)變壓器的輸入功率由輸出功率決n n定，往往用到：P1=U1I1，n n即在輸入電壓確定以后，輸入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比.式中的R表示負(fù)載電阻的阻值，而不是“負(fù)載”.“負(fù)載”表示副線圈所接的用電器的實(shí)際功率.實(shí)際上，負(fù)載越

3、小，R越大；負(fù)載越大，R越小.這一點(diǎn)在審題時要特別注意.第4頁/共47頁n n二、遠(yuǎn)距離高壓輸電中的功率、電壓和電流關(guān)系n n在電能遠(yuǎn)距離傳輸中，為了減小輸電過程中的能量損失，通常采用高壓輸電，將電源電壓用升壓變壓器提高，到了用戶又要用降壓變壓器降壓，輸電電路如圖1122所示.圖1122第5頁/共47頁n n分析此類問題的過程中，先必須明確三個回路：n n(1)電源回路(升壓變壓器原線圈電壓U1，升壓變壓器原線圈電流I1，升壓變壓器原線圈功率P1)第6頁/共47頁n n(2)輸送回路(升壓變壓器副線圈電壓U2,降壓變壓器原線圈電壓U3,輸電線損失電壓U,升壓變壓器副線圈電流I2,降壓變壓器原線

4、圈電流I3,升壓變壓器副線圈功率P2,降壓變壓器原線圈功率P3,輸電線損失功率P)n n(3)用戶回路(降壓變壓器副線圈電壓U4,降壓變壓器副線圈電流I4,降壓變壓器副線圈功率P4)第7頁/共47頁n n其次要掌握以下幾個關(guān)系：n n(1)功率關(guān)系(為了研究的方便，我們常把變壓器視為理想變壓器處理)n nP1=P2,P2=P3+P,P3=P4n n(2)電壓關(guān)系n n,U2=U3+U,第8頁/共47頁n n(3)電流關(guān)系n n,I2=I3,n n(4)輸電導(dǎo)線電壓損失U=.=.n n(5)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率n nP=.n n=.I2R線U2U3I2UP2P3P1P4第9頁/共47頁n n變

5、壓器基本原理n n一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2=115.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖1123所示.副線圈僅接入一個10的電阻.圖1123第10頁/共47頁n n則()n nA.流過電阻的電流是20An nB.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 Vn nC.經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6103Jn nD.變壓器的輸入功率是1103Wn n 第11頁/共47頁n n原線圈中電壓的有效值是220V，由變壓比知副線圈中電壓為100V，流過電阻的電流是10A；與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100V；經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6104J.故選D.第12頁/共47頁n n變式訓(xùn)練1：如圖1124

6、，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為41.原線圈接入一電壓為u=U0sint的交流電源，副線圈接一個R=27.5的負(fù)載電阻.若U0=220 V，=100rad/s，圖1124第13頁/共47頁n n則下述結(jié)論正確的是()n nA.副線圈中電壓表的讀數(shù)為55 Vn nB.副線圈中輸出交流電的周期為sn nC.原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5An nD.原線圈中的輸入功率為110 Wn n答案：C第14頁/共47頁n n變壓器的負(fù)載變化引起其他物理量的變化n n用電高峰期，電燈往往會變暗，其原理可簡化為如下物理問題.如圖1125所示，理想變壓器的副線圈上，通過輸電線連接兩只相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效

7、電阻為R，原線圈輸入有效值恒定的交流電壓，當(dāng)開關(guān)S閉合時，第15頁/共47頁n n以下說法正確的是()n nA.原線圈中電流減小n nB.R兩端的電壓增大n nC.副線圈輸出電壓減小n nD.原線圈輸入功率減小圖1125第16頁/共47頁n n因輸出電壓與負(fù)載無關(guān)，由原副線圈的匝數(shù)比和原線圈兩端電壓決定，應(yīng)保持不變，故C錯；當(dāng)S接通時，負(fù)載總電阻減小，流經(jīng)副線圈和輸電線等效電阻R的電流增大，流經(jīng)原線圈的電流也增大，故A錯；等效電阻R的電壓增大，B對；原線圈輸入功率P=UI，應(yīng)增大，故D錯，正確選項(xiàng)為B.第17頁/共47頁n n變式訓(xùn)練2：如圖1126，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電

8、路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開關(guān)S是閉合的和.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.圖1126第18頁/共47頁n n現(xiàn)斷開S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是()n nA.U2變小，I3變小n nB.U2不變，I3變小n nC.I1變小，I2變小n nD.I1變大，I2變大C第19頁/共47頁n n了解遠(yuǎn)距離輸電的特點(diǎn)，會處理輸電過程中變壓器的相關(guān)問題n n學(xué)校有一臺應(yīng)急備用的發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻為R=4，全校22個教室，每個教室用“220V,40W”的燈6盞，要求所有

9、燈都正常發(fā)光，第20頁/共47頁n n則：n n(1)發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？n n(2)發(fā)電機(jī)的電動勢多大？n n(3)輸電線上損耗的電功率多大？圖1127第21頁/共47頁n n(1)所有燈都正常工作的總功率n n22640W=5280W,n n用電器總電流為n nI2=,n n輸電線上的電流I1=IR=I2=6A,n n降壓變壓器上：U2=4U2=880V，n n輸電線上的電壓損失為：UR=IRR=24V,第22頁/共47頁n n因此升壓變壓器的輸出電壓為n nU1=UR+U2=904V，n n輸入電壓為U1=226V，n n輸入電流為I1=4I1=24A，n n所以發(fā)電機(jī)輸出功率為n n

10、P出=U1I1=5424W.n n(2)發(fā)電機(jī)的電動勢n nE=U1+I1r=250Vn n(3)輸電線上損耗的電功率n nPR=R=144W第23頁/共47頁n n變式訓(xùn)練3：某小型實(shí)驗(yàn)水電站輸出功率是20kW，輸電線路總電阻是6.n n(1)若采用380V輸電，求輸電線路損耗的功率;n n(2)若改用5000V高壓輸電，用戶端利用n1n2=221的變壓器降壓，求用戶得到的電壓.第24頁/共47頁第25頁/共47頁第26頁/共47頁第27頁/共47頁 解析：導(dǎo)體棒勻速向右切割磁感線運(yùn)動，變壓器輸入端為穩(wěn)恒電流，故輸出端電壓為零，變壓器不工作 答案：C第28頁/共47頁 2.如圖1129所示為

11、一臺理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)分別為n1=400匝，n2=800匝，如果導(dǎo)線的電阻忽略不計，那么可以確定()A這是一臺升壓變壓器 B副線圈兩端電壓是原線圈兩端電壓的一半 C通過副線圈的電流是通過原線圈電流的兩倍 D變壓器輸出電功率是輸入電功率的兩倍圖1129A第29頁/共47頁 3.在變電所，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，使用的儀器是電流互感器，下面四個圖中，能正確反映其工作原理的是()第30頁/共47頁第31頁/共47頁 解析：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏?，因此原線圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中 答案：A第32頁/共47頁 4.如圖11210所示

12、為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則()圖11210第33頁/共47頁 A保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將減小 B保持U1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，I1將增大 D保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將減小第34頁/共47頁 解析：K由a合到b時，n1減小，由U1/U2=n1/n2，可知U2增大，P2=U/R隨之增大，而P1=P2，又P1=I1U1，從而I1增大，A錯誤；K由b合到a時，與上述情況相反，P2將減小，B正確；P上滑時，

13、R增大，P2=U/R減小，又P1=P2，P1=I1U1，從而I1減小，C錯誤；U1增大，由U1/U2=n1/n2可知，U2增大，I2=U2/R隨之增大，由I1/I2=n2/n1可知I1也增大，D錯誤 答案：B第35頁/共47頁 5.有一種穿芯式電流互感器，如圖11211所示，其工作原理是將被測量導(dǎo)線從互感器中心直接穿過，從鐵芯所繞線圈上電流表的讀數(shù)就可計算出被測導(dǎo)線上的電流，若已知線圈的匝數(shù)為50匝，電流表的示數(shù)為5A，則導(dǎo)線上的電流為()A0.1A B10A C250A D10 A 圖11211C第36頁/共47頁 6.如圖11212所示，一個變壓器(可視為理想變壓器)的原線圈接在220V的

14、市電上，向額定電壓為1.80104V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，使副線圈電路中電流超過12mA時，熔絲就熔斷求 (1)熔絲的熔斷電流是多大？(2)當(dāng)副線圈電路中電流為10mA時，變壓器的輸入功率是多大？圖11212第37頁/共47頁 解析：(1)設(shè)原、副線圈上的電壓、電流分別為U1、U2、I1、I2.根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有：I1U1=I2U2 當(dāng)I2=12mA時，I1即為熔斷電流 代入數(shù)據(jù)，得I1=0.98A (2)設(shè)副線圈中電流為I2=10mA時，變壓器的輸入功率為P1，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有：P1=I2U2，代入數(shù)據(jù)得

15、P1=180W第38頁/共47頁 7.(2010天津卷)為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)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交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導(dǎo)線電阻不計，如圖10213所示當(dāng)開關(guān)S閉合后()圖10213第39頁/共47頁AA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變BA1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大CV2示數(shù)變大，V1與V2示數(shù)的比值變大DV1示數(shù)變大，V1與V2示數(shù)的比值不變第40頁/共47頁第41頁/共47頁 8.(2010浙江卷)某水電站，用總電阻為2.5的輸電線輸電給500km外的用戶

16、，其輸出電功率是3106kW.現(xiàn)用500kV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2.0105A B輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kV C若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108kW D輸電線上損失的功率為DP=U2/r，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻第42頁/共47頁第43頁/共47頁 9.發(fā)電機(jī)輸出功率為100kW，輸出電壓為250V，用戶需要220V的電壓，輸電線電阻為10，若輸電線損失的功率為輸送功率的4%，試求：(1)輸電線上的升壓和降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比；(2)畫出此輸電線路示意圖；(3)用戶得到的電功率是多少？第44頁/共47頁 解析：輸電線路的示意圖如下圖所示，輸電線損耗功率P線=1004%kW=4kW，又P線=IR線 輸電線電流I2=I3=20A第45頁/共47頁第46頁/共47頁