1、第2讲变压器远距离输电,知识梳理?一、变压器1.变压原理:利用电磁感应现象改变交变电流的电压。原线圈接交变电流,由于非均匀变化的电流产生变化的磁场,从而在副线圈中产生电动势,可以输出需要的电压。,2.理想变压器原、副线圈基本量间的关系理想变压器:没有能量损失的变压器。电压关系:?=?,与负载、副线圈多少无关;电流关系:只有一个副线圈时?=?;有多个副线圈时I1n1=I2n2+I3n3+;功率关系:P1=P2。,1.远距离输电要解决的关键问题是减少输电导线上的电功率损失,具体方法是:提高输电电压,减小输电电流。,二、远距离输电,2.交流电远距离高压输电电路模式如图所示。,3.远距离高压输电的几个
2、基本关系功率关系:P1=P2,P1=P2,P2=P1+P线;电流、电压关系:?=?=?,?=?=?;输电电流:I2=?=?=?;输电导线上损耗的电功率:P线=P2-P1=I2(U2-U1)=?=?R线;,输电效率:=?100%=?100%。,1.如图所示,一理想变压器的原线圈匝数n1=1 000匝,副线圈匝数n2=200匝,交流电源的电动势e=311 sin 100t V(不考虑其内阻),电阻R=88 。电压表和电流表对电路的影响可忽略不计。下列说法正确的是?( ),A.电压表的示数为62.2 VB.电流表的示数为2.5 AC.变压器的输入功率为22 WD.原线圈磁通量变化率的最大值为311
3、Wb/s,C,答案C原线圈两端电压为U1=?V=220 V,则副线圈两端电压为U2=?U1=44 V,电压表示数为44 V,则I2=?=0.5 A,P出=0.544=22 W,又P入=P出,则P入=22 W=I1220 V,得I1=0.1 A,则电流表示数为0.1 A,交流电源的电动势e=311 sin 100t (V),而原线圈磁通量变化率的最大值为? Wb/s=0.311 Wb/s,所以答案为C。,2.(多选)如图所示,M为理想变压器,各电表均可视为理想电表。当电路输入端a、b接正弦交流电压,则在滑动变阻器的滑片P向下滑动的过程中,示数不会发生变化的电表是?()?A.A1B.A2C.V1D
4、.V2,答案CD由?=?知,电压表V1的示数和电压表,V2的示数均不变;当滑动变阻器阻值变大时,输出功率减小,A1和A2的示数均减小。,CD,3.远距离输电时,在输出电功率不变的条件下?()A.只有增大导线的电阻,才能减小电流,提高输电效率B.提高输电电压,能减小电流,提高输电效率C.提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗D.提高输电电压势必增大输电导线上的电流,答案B在输出功率一定时,由P=UI知,当U增大时,I减小,输电导线损耗的功率P损=I2R将变小。,B,深化拓展,考点一理想变压器的基本关系,考点二理想变压器的动态分析,考点三远距离输电问题,深化拓展考点一理想变压器的基本关系,【情景
5、素材教师备用】,220? sin 100t(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为21,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是?(),1-1(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220,A.原线圈的输入功率为220? WB.电流表的读数为1 AC.电压表的读数为110 D.副线圈输出交流电的周期为50 s,B,答案B由题知,变压器的输入电压U1=? V=220 V,所以U2=?U1=110 V;副线圈电流I2=?=2 A,原线圈电流I1=?I2=1 A。本题中电压表、电流表的读数为有效值,故B项正确,C项错误;原线圈输入功率P
6、1=U1I1=220 W,A项错误;交流电的周期T=?=? s=0.02 s,D项错误。,1-2(2017北京海淀期末)(多选)如图所示,一理想变压器的原、副线圈匝数分别为2200匝和110匝,将原线圈接在输出电压u=220? sin 100t(V)的交流电源两端。副线圈上只接有一个电阻R,与原线圈串联的理想交流电流表的示数为0.20 A。下列说法中正确的是?( ),BCD,BCD理想交流电流表显示的是电流的有效值,可知原线圈电流有效值为0.20 A,由?=?可得I2=4 A,A错;原线圈两端电压有效值为220 V,由?=?得U2=11 V,B对;电阻R的电功率为P=UI=114 W=44 W
7、,C对;穿过变压器铁芯的磁通量变化率最大时,电路中有最大电压,由公式E=n?,得磁通量变化率的最大值为?=? Wb/s=? Wb/s,D对。,A.变压器副线圈中电流的有效值为0.01 AB.电阻R两端电压的有效值为11 VC.电阻R的电功率为44 WD.穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为? Wb/s,考点二理想变压器的动态分析1.此类问题大致有两种情况:一是负载电阻不变,原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)、输入功率、输出功率随原、副线圈匝数比变化而变化的情况;另一类是原、副线圈匝数比不变,原、副线圈的电压(U1、U2)、电流(I1、I2)、输入功率、输出功率随负载电阻变化而
8、变化的情况。根据题意分清变量与不变量,要明确变量之间的相互制约关系,这是处理此类问题的关键。,2.动态分析问题的思路程序可表示为:,2-1如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压,假设负载变化时输入电压保持不变。输出电压通过输电线输送给用户,两条输电线的总电阻用R0表示,变阻器R代表用户用电器的总电阻,当用电器增加时,相当于R的值减小。忽略变压器上的能量损失,不计电压表、电流表的内阻对电路的影响。当用户的用电器增加时,下列说法正确的是?()A.电压表读数增大,电流表读数增大B.电压表读数减小,电流表读数增大C.电压表读数不变,电流表读数增大D.电压表读数不变
9、,电流表读数减小,C,答案C设原、副线圈的匝数分别为n1和n2,原、副线圈两端电压分别为U1和U2,原、副线圈中电流分别为I1和I2。由?=?可知U2不变,即电压表读数不变,故A、B选项错误。由I2=?知,当R减小时I2增大,由n1I1=I2n2可知I1将增大,即电流表读数增大,故C对而D错。,2-2(多选)如图所示,某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节,原线圈两端电压为一峰值不变的正弦交变电压,副线圈接一可变电阻R。在其他条件不变的情况下,为使变压器输入功率增大,下面的措施正确的是?()?A.仅增加原线圈匝数n1B.仅增加副线圈匝数n2C.仅减小电阻R的阻值D.仅增大电阻R的阻值,BC,答
10、案BC变压器的输入功率由输出功率决定,而P出=?,故仅增大U2或仅减小R,都可以达到增大P出的目的,而U2=?U1,故仅增加n2也就意味着仅增加U2,故B、C正确。,考点三远距离输电问题1.如图所示,发电站的输出电功率为P,输出电压为U,用户得到的电功率为P,电压为U,则输电电流为I=?=?=?。,2.输电导线损失的电压:U线=U-U=IR线。,3.输电导线上损失的电功率P=P-P=I2R线=(?)2R线=?。,4.减少电能损失的基本途径:根据公式P=I2R线=?R线可知有两个基本途径,即减小输电线电阻,如加大输电导线的横截面积,采用电阻率小的材料等;高压输电,在输送功率一定的条件下,提高电压
11、,减小输电电流。【情景素材教师备用】,3-1(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻为r,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3n4=n1,降压变压器的副线圈两端电压如图乙所示,降压变压器的副线圈与阻值R0=22 的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法正确的是?(),BD,A.发电机产生交流电的频率为0.5 HzB.降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式u=220? sin 100 t VC.通过R0电流的最大值为20? AD.输电线损失的功率为? (W),答案BD变压器不改变交流电的频率,由图乙可知交流电的
12、频率f=? Hz=50 Hz,A错误;由图乙知降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式u=220? sin 100t V,B正确;通过R0电流的最大值Im=?=? A=10? A,有效值I=?=10 A,通过输电线的电流为I3 = ?I =? A,输电线损失的功率为P=?r=? (W),C错误,D正确。,3-2发电机的输出电压为220 V,输出功率为44 kW,每条输电线电阻为0.2 。(1)求用户得到的电压和电功率各是多少(2)如果发电站先用变压比为110的升压变压器将电压升高,经同样输电线后变压比为101的降压变压器降压后供给用户,则用户得到的电压和电功率各是多少?,答案(1)140 V2
13、8 kW(2)219.2 V43 840 W,解析(1)在用220 V电压直接供电时,电路如图所示?设此时发电机的输出电压为U0,输出功率为P0,则输电电流I=?=? A=200 A输电线上的电压损失U=Ir线=200(20.2)V=80 V用户得到的电压U用=U0-U=220 V-80 V=140 V损失的电功率P=IU=20080 W=16 kW用户得到的功率P用=P0-P=44 kW-16 kW=28 kW,(2)若采用高压输电,电路如图所示,则有?输电电压U1=?=22010 V=2 200 V输电电流I1=?=?=20 A输电线上电压损失U=I1r线=20(20.2)V=8 V损失功率P=?r线=202(20.2)W=160 W降压变压器的输入电压为U2=U1-U=2 200 V-8 V=2192 V,由?=?得用户得到的电压U3=?U2=?2 192 V=219.2 V用户得到的功率P用=P0-P=4.4104 W-160 W=43 840 W,
