1、第二节第二节 变压器变压器 电能的输送电能的输送 一、变压器原理 1构造和原理(如图所示)(1)主要构造：由 、和 组成。(2)工作原理：电磁感应的 现象。原线圈 副线圈 闭合铁芯 互感现 2理想变压器的基本关系式理想变压器的基本关系式 基本关系”一对一”变压器”一对二”变压器 电压 U1U2 U1U2n1n2，U1U3n1n3 功率 P1P2 P1P2P3 电流 I1I2 (n1I1n2I2)n1I1n2I2n3I3 n1n2 n2n1 3.几种常用的变压器几种常用的变压器(1)自耦变压器的原、副线圈共用一个线圈，如图A、图 B所示。(2)电压互感器：属降压变压器，并联在电路中，用于测 高电
2、压，如图C所示。(3)电流互感器：属于升压变压器，串联在电路中，用于 测大电流，如图D所示。1一台理想变压器，其原线圈2 200 匝，副线圈440 匝，并接一个100 的负载电阻，如下图所示。(1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多 少？电流表示数为多少？(2)当原线圈接在220 V交变电源上时，电压表示数为多 少？电流表示数为多少？此时输入功率为多大？变压器效 率为多大？【解析】(1)原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零。(2)由U2U1n2n1得 U2U1 n2n1
3、2204402 200 V44 V。I2U2R44100 A0.44 A P入P出I2U20.4444 W19.36 W，效率 100%【答案】(1)0 0(2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%(1)减小 R线：由 RlS可知，减小 R线可用 较小的导体材料(如铜)或增大导线的横截面积(有时不现实)。(2)减小输电电流：在输电功率一定的情况下，根据PUI，要减小电流，必须提高 _，即高压输电。输电电压 二、电能的输送二、电能的输送 1根据根据P损I2R线，降低输电电能损失有以下两种措施，降低输电电能损失有以下两种措施 2远距离输电的功率损失：输送功率一定时，线路电流I ，输电线
4、上损失 功率P损I2R线 ，可知P损 。远距离输 电中的功率关系：P输 。1U2 P损P用户 PU P2U2R线 2下图是远距离输电系统的示意图(为了简单，设用户的电器是 电动机)，下列选项中正确的是()A发电机能发电的主要原理是库仑定律，变压器能变压的主要原理是欧姆定律，电动机通电后能转动起来的主要原理是法拉第电磁感应定律 B发电机能发电的主要原理是安培定律，变压器能变压的主要原理是欧姆定律，电动机通电后能转动起来的主要原理是库仑定律 C发电机能发电的主要原理是欧姆定律，变压器能变压的主要原理是库仑定律，电动机通电后能转动起来的主要原因是法拉第电磁感应定律 D发电机能发电的主要原理是法拉第电
5、磁感应定律，变压器能变压的主要原理是法拉第电磁感应定律，电动机通电后能转动起来的主要原理是安培定律【解析】发电机主要是将其他形式能转化为电能的设备，应用法拉第电磁感应定律。变压器是由电流的变化产生磁场的变化，从而使线圈内的磁通量发生变化，产生感应电流，也是应用法拉第电磁感应定律电动机是将电能转化为其他形式能的设备，通电导线在磁场中要受到力的作用从而运动，是安培定律的应用。【答案】【答案】D 理想变压器原、副线圈基本量的关系 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
6、多个副线圈，由输入功率和输出功率相等确定电流关系 基 本 关 系 频率 关系 原、副线圈中交流电的频率相等 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 制 约 关 系 电流 原线圈电流 I1由副线圈电流 I2和匝数比决定 (2010山东理综)一理想变压器原、副线圈的匝数比为101，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50 Hz B副线圈输出电压的有效值为31 V CP向右移动时，原、副线圈的电流比减小 DP向右移动时，变压器的输出功率增
7、加 【解题切点】交流的四值、变压器的变化规律。【答案】AD【解析】由图甲知，原线圈两端输入电压的最大值为U1m310 V，有效值为 U1U1m2220 V，周期为 T2102s，频率 f1T50 Hz，变压器不改变电压的频率，A项正确；由U1U2n1n2知，U2n2n1U122 V，B项错误；变压器原、副线圈的电流比与匝数成反比，由于匝 数未变，所以原、副线圈的电流比不变，C项错误；P向右移动 时，滑动变阻器的有效阻值减小，副线圈中电流增大，由 P2U2I2知变压器的输出功率增加，D项正确。1(2010重庆理综)一输入电压为220 V，输出电压为36 V的 变压器副线圈烧坏。为获知此变压器原、
8、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220 V交流电源上，测得新绕线 圈的端电压为1 V。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()A1 100,360 B1 100,180 C2 200,180 D2 200,360【答案】B【解析】根据U1U2n1n2可得2201n15，可知 n11 100。排除 C、D 两项。再由22036n1n2可知 n2180，故 A错 B 对。1匝数比不变的情况 如图所示：理想变压器动态分析问题 (1)U1不变，根据U1U2n1n2，输入电压 U1决定输出电压 U2，不论负载电阻R如何变
9、化，U2也不变。(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入 电流I1，故I1发生变化。(3)I2变化引起P2变化，P1P2，故P1发生变化。2负载电阻不变的情况 如下图所示：(1)U1不变，n1n2发生变化，故 U2变化。(2)R 不变，U2改变，故 I2发生变化。(3)根据 P2U22R，P2发生变化，再根据 P1P2，故 P1变化，P1U1I1，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：如下图所示，T为理想变压器，副线圈回路中 的输电线ab和cd的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当开关S闭合时 A交流电压表V2和V3的示数一定都变小 B交流电压表V
10、3的示数变小 C交流电流表A1、A2和A3的示数一定变大 D只有A1的示数变大 因为 U 不变，由UU2n1n2可得 U2不变；当S闭合后副线圈所在电路电阻 R 减小，由 I2U2R可知电流 I2增大；由 UI1U2I2得 I1U2I2U，故 I1增大；而电阻 R1两端电压 U3U2I2R，故 U3变小，I3U3R1变小。综上所述，I1、I2增大，I3减小，U2不变，U3减小，故只有B项正确。【解析】【答案】B【解题切点】关于理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2不变，电流I1、I2，功率P1、P2随匝数比的变化而变化；匝数比不变，原、副线圈 的电压U
11、1、U2不变，电流I1、I2，功率P1、P2随负载电阻的变化 而变化。(2011山东济宁模拟)如右图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流。下列说法正确的是()A保持P的位置U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小 B保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小 C保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1增大 D保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小【解析】保持 P 的位置及 U1不变，S由 b 切换到 a，副线圈匝数变多，由U1U2n1n2可知 U2变大
12、，I2U2R变大，R 上消耗的功率增大，故A错。又由于I1I2n2n1，I1也变大，故C正确。S由 a 切换到 b，副线圈匝数变少，由U1U2n1n2可知 U2变小，I2U2R变小，故B正确。保持 U1不变，S接在 b 端，P 向上滑动，R 变小，I2U2R变大，I1变大，故D错。【答案】BC 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：P1P2，P3P4，P2P损P3(2)电压、电流关系：U1U2n1n2I2I1，U3U4n3
13、n4I4I3 U2UU3，I2I3I线。(3)输电电流：I线P2U2P3U3U2U3R线。(4)输电线上损耗的功率 P损I线UI2线R线(P2U2)2R线。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的1n2。某学校有一台应急备用发电机，内阻为某学校有一台应急备用发电机，内阻为 r1，升压变压器的匝数比为14，降压变压器的匝数，降压变压器的匝数 比为41，输电线的总电阻为，输电线的总电阻为R4，全校22个教室，个教室，每个教室用”220 V,40 W”的灯泡6盏，要求所有灯都正常盏，要求所有灯都正常 发光，则发光，则(1)输电线上损耗的电功率多大？输电线上损
14、耗的电功率多大？(2)发电机的输出功率多大？发电机的输出功率多大？(3)发电机的电动势多大？发电机的电动势多大？【解题切点】【解题切点】解答本题时可按以下思路分析：【解析】【解析】(1)根据题意，画出从发电机到教室灯泡之间的传输过程，如下图所示。所有灯都正常工作的总功率为 P222640 W5 280 W 用电器都正常工作时的总电流为 I2P2U25 280220 A24 A 两个变压器之间输电线上的电流为 IRI2I246 A 故输电线上损耗的电功率 PRI2RR144 W (2)(2)升压变压器的输出功率为 P P1P PRP P25 5 424 W 而发电机输出功率即为升压变压器的输入功
15、率 P P出P P1P P15 424 5 424 W (3)(3)降压变压器上的输入电压 U U24U4U2880 880 V 输电线上的电压损失为 U URI IRR R24 24 V 因此升压变压器的输出电压为 U U1U URU U2904 V 升压变压器的输入电压为 U U1U U14 4226 V 升压变压器的输入电流为 I I14I4IR24 A 发电机的电动势 E EU U1I I1r r226 226 V241 V250 V。【答案】(1)144 W(2)5 424 W(3)250 V 3(2010江苏单科)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
16、，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增大【解析】升压变压器的输出电压由电源电压及匝数比决定，输出功率变大时升压变压器的输出电压不变，A项错误。由IPU可知当输出功率增大时输出电流增大。由U损IR 及 P损I2R 可知 U损及 P损均增大。故C项正确。当U损增大时降压变压器的输出电压减小，B选项错误。由P损P2U2R 可知P损PPU2R。当输出功率增大时输电线损耗比例增大，D项正确。【答案】CD【解析】通过每匝线圈的、t都一样，故
17、 A 错、B对；由 Ent知，电动势之比为 11，C 错；由能量守恒知，D 正确。【答案】BD 1理想变压器原、副线圈匝数比为101，以下说法中正 确的是()A穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是101 B穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等 C原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为101 D正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为11 2如图所示，一理想变压器的原线圈匝数n11 000 匝，副线圈匝数n2200 匝，交流电源的电动势 e311sin 100t V(不考虑其内阻)，电阻R88，电压 表和电流表对电路的影响可忽略不计，则()A电压表的示数为62.2 V B电流表的示数为2.5
18、A C通过R的电流最大值为0.5 A D变压器的输入电功率为22 W【答案】D【解析】输入电压的有效值 U1Er2220 V，测有效值，由U1n1U2n2得 U244 V，A 错；I2U2R0.5 A，C 错；由 n1I1n2I2，I10.1 A，B 错；P1U1I122 W，D 对。3.(2011潍坊模拟)如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为15，原线圈两端的交变电压为u20sin 100t V，氖泡在两端电压达到100 V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100 Hz B开关接通后，电压表的示数为100 V C开关断开后，电压表的示数变大 D开关断开后，变
19、压器的输入功率不变【答案】AB【解析】输出端的最大电压为 2025 V1002 V，频率为 50 Hz，故氖泡发光频率为 100 Hz，测有效值，故为 100 V，A、B正确，开关断出，输出电压不变，而输出电流变化，故输入功率变化，C、D错。4(2011珠海模拟)如下图所示是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器输入电压是市电网的电压，不会有很大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用R0表示，变阻器R表示用户用电器的总电阻，当滑动变阻器触头P向下移动时，下列说法不正确的是()A相当于在增加用电器的数目 BA1表的示数随A2表的示数的增大而增大 CV1表的示数随V2表的示数的
20、增大而增大 D变压器的输入功率增大【解析】P 向下移动，R 减小，总电阻减小，相当多并联用电器，A对；而 U1、U2不变，故 I2U2R1R增大，I1n2n1I2亦增大，B正确，C错；由 P1U1I1知，P1变大，D正确。【答案】C 5某发电站的输出功率为 104 kW，输出电压为 4 kV，通过理想变压器后向 80 km 远处供电。已知输电导线的电阻率为2.4108 m，导线横截面积为 1.5104 m2，输电线路损失的功率为输出功率的 4%。求：(1)升压变压器的输出电压。(2)输电线路上的电压损失。【解析】(1)P1107 W U1 4103 V I1P1U1 P损P1 P损I22R RlS P1I2U2 U损I2R 由以上解之得：U28104 V，U损3.2103 V(2)见(1)中。【答案】(1)8104 V(2)3.2103 V
