变压器电能的输送.doc
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中小学1对1课外辅导专家
龙文教育学科教师辅导讲义
教师：
学生：
时间:
2011年1月日段
课题
变压器电能的输送
教学目标
1．了解变压器的基本构造，知道变压器为什么能够改变交流电压。
和实际变压器的区别。
2，变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系。
3．常见的变压器类型及其应用。
4．体验科学探究过程，提高实验设计与分析论证能力。
重点、难点
重点：
变压器难点：
电能的输送
考点及考试要求
1.变压器原、副线圈的电压与两个线圈匝数的关系2。
变压器的应用
教学内容
一、理想变压器
1、构造：
两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器．
2、作用：
在输送电能的过程中改变电压．
3、原理：
其工作原理是利用了电磁感应现象．（互感）．
4、理想变压器的理想化条件及其规律．
在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有：
，，忽略原、副线圈内阻，有U1＝E1，U2＝E2，另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有由此便可得理想变压器的电压变化规律为
在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有，而，
于是又得理想变压器的电流变化规律为，由此可见：
理想变压器的理想化条件一般指的是：
忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别．）
二、变压器的物理量变化的规律
1、电压规律
理解：
（1）U1由电源决定，U2随U1和n的变化而变化，副线圈相当于一个新电源
（2）U/n表示单匝线圈的电压。
（类比于砌墙）
2、功率规律
理解：
（1）理想变压器只传递能量，不消耗能量
（2）p1随p2的变化而变化，但p1不能无限地变大，要受到发电机最大输出功率地限制（类比：
银行出纳）
3、电流规律
理解：
R增大，I2减小，p2减小，p1减小，I1减小
n2增加，U2增加，I2增加，p2增加，p1增加，I1增加
结论：
I1随I2地变化而变化
4、多组副线圈
（1）无论原副线圈，磁通量变化率相同，所以有（类比：
砌墙）
U1I1
U3I3
U2I2
（2）
令
n2L
n3R
220V
n1
【例1】理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220V。
n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。
【例2】在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。
如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是
A
A
A
A
零线
火线
火线
零线
零线
火线
零线
火线
A.B.C.D.
【例3】如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则（）
A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大
B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小
C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大
D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大
【例4】一台理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，两个副线圈的匝数分别是n2=60匝，n3=600匝，若通过两个副线圈中的电流强度分别是I2=1A，I3=4A，求原线圈中的电流强度.
三、远距离输电
用户
电源
U,p
△U，△p
R
U′，p′
A、明确物理量
电源的输出电压U，输出功率p
导线上损失电压△U，损失功率△p
用户得到的电压U′，得到的功率p′
B．怎样减少电能损失
1、减小时间t
2、减小电阻减小导线长度L，减小电阻率（铜和铝）增大截面积s
3、减小电流，提高输出电压，⊿p与输出电压U平方反比
C．其他方面的能量损失—输电线上的电压损失，除与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。
当输电线路电压较高、导线截面积较大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的还要大。
【例5】在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。
有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。
求：
⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻r。
⑵若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？
【例6】发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω.若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：
（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.
（2）画出此输电线路的示意图.（3）用户得到的电功率是多少？
四、针对训练BDACBC
1如图所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1、2的匝数比为N1∶N2=2∶1，在不接负载的情况下
A.当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110V
B.当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55V
C.当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220V
D.当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V
2.在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈匝数分别为n1=600，n2=120，电源电压
U1=220V，原线圈中串联一个0.2A的保险丝，为保证保险丝不被烧毁，则
A.负载功率不能超过44W
B.副线圈电流最大值不能超过1A
C.副线圈电流有效值不能超过1A
D.副线圈电流有效值不能超过0.2A
3.如图（a）、（b）所示，当图中a、b两端与e、f两端分别加上220V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110V.若分别在c、d两端与g、h两端加上110V的交流电压，则a、b与e、f间的电压为
A.220V，220VB.220V，110VC.110V，110VD.220V，0
4.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数n1∶n2∶n3=3∶2∶1，副线圈Ⅱ上接有“8V，8W”的灯泡L1、L2，副线圈Ⅲ上接有“6V，9W”的灯泡L3、L4，原线圈上接有电阻R1=3Ω，当a、b两端接交变电源后，L1、L2正常发光，则交变电源的输出功率为
A.24WB.34WC.36WD.72W
13.2变压器电能的输送
～
U
a
b
A
V
P
R
13-2-1
1．如图13-2-1所示是一台理想自耦变压器，在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
2．如图13-2-2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=V，电阻R=44Ω，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法错误的是（）
A．交流电的频率为50Hz
B．电流表A1的示数为0.2A
C．电流表A2的示数约为1.4A
13-2-2
D．电压表的示数为44V
3．如图13-2-3所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有三只灯泡L1、L2和L3，输电线的等效电阻为R，原线圈接有一个理想的电流表．开始时开关S接通，当S断开时，以下说法正确的是（）
A．原线圈两端P、Q间的输入电压减小B．等效电阻R上消耗的功率变大
C．原线圈中电流表示数变大D．灯泡L1和L2变亮
4．下列各图是电子技术中的常用电路，其中乙图中的电容器的电容C较小，丙图中的电容器的电容C较大．a、b是部分电路的输入端，其中输入的高频成分用“～～”表示，低频成分用“～”表示，直流成分用“—”表示．关于负载电阻R中得到的电流特征，下列说法中正确的是（）
A．图甲中R得到的是交流成分 B．图乙中R得到的是高频成分
13-2-3
C．图乙中R得到的是低频成分 D．图丙中R得到的是直流成分
5．在微波炉是人类为解决人类在太空中生活需要加热食品发明的新型炉灶，现在这种炉灶已经走进了寻常百姓家，微波炉中的变压系统中有如图13-2-5所示的变压器，当原线圈绕组n1上加220V、50HZ的正弦交流电压时，在副线圈绕组n2上产生了3.4V的低压交变电压，在另一副线圈绕组n3上产生2000V的高压交变电压，若微波炉中的变压器可以视为理想变压器，则其原、副线圈绕组中的下列物理量一定相等的是（）
n1
n2
n3
13-2-5
①交流电的频率;②交变磁通量的最大值;③交流电的传播速度;④交变磁通量的变化量;⑤交流电的最大值;⑥交流电的周期;⑦电功率
A．①③⑤⑥⑦B。
①②③④⑦C。
①②④⑥⑦D。
②③④⑤⑥
13-2-4
6．小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器，经降低电压后再输送至各用户.设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器电功率的增加将导致（）
A．升压变压器初级线圈中的电流变小B．升压变压器次级线圈两端的电压变小
C．高压输电线路的电压损失变大D．降压变压器次级线圈两端的电压变小
13-2-6
7．如图13-2-6所示，L1和L2是高压输电线，利用甲、乙可以测输电线路电压和电流。
若已知甲的原副线圈匝数比为1000：
1，乙的原副线圈匝数比为1：
l00，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10A，则（）
A．甲是电压互感器
B．乙是电流互感器
C．输电线的输送功率为2.2×l08W
D．输电线的输送功率为2.2×104W
8．某发电厂原来用11kV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220kV输电，输送的电功率都是P，若输电线路的电阻为R，则下列说法中正确的是（）
A．据公式，提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20
B．据公式，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍
C．据公式，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400
D．据公式，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍
9．某发电站能通过燃烧煤来发电，每1kg煤放热500J热能，热熊发电效率为0.8，发电站通过升压器，输电线和降压器把电能输送给生产和照明组成的用户，发电机输出功率是100kW，输出电压为250V，升压器原副线圈的匝数比为1∶25，输电线上的功率损失为输出功率的4％，用户需要的电压为220V，则：
（1）输电线的电阻和降压器的匝数比为多少？
（2）若有“60kW分配给生产用电，其余电能用于照明，那么可装25W的电灯多少盏？
13-2-7
10．黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”。
（2）如图是高压电网的工作电路示意图，变压器将有效值为220V的交流电压变成高压，输送到高压电网，电网相邻两电极间距离为0.5cm。
空气在常温常压下被击穿的临界电场强度为6220V/cm，为防止两电极间空气被击穿而造成短路，变压器的初、次级线圈匝数比n1:
n2应满足什么条件？
11．一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为为50kW,输出电压为500V，升压变压器原、副线圈匝数比为1:
5，两个变压器间的输电导线的总电阻为15Ω，降压变压器的输出电压为220V，变压器本身的损耗忽略不计，在输电过程中电抗造成电压的损失不计，求：
（1）升压变压器副线圈的端电压；
（2）输电线上损耗的电功率；
（3）降压变压器原、副线圈的匝数比．
12．如图13-2-8所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数，接入电压的电路中。
（1）要求在两组副线圈上分别得到电压，，它们的匝数，分别为多少？
（2）若在两副线圈上分别接上“”、“”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
13-2-8
例1解：
由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而应该用P1=P2+P3和U∝n。
由U∝n可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。
例2A例3A、B、D
例4根据电功率公式有：
I1U1=I2U2+I3U3 ①，又因为，U2= ②
，U3=U1 ③，把②③代入①，整理得：
I1n1=I2n2+I3n3
所以I1=A=2.24A
例5解；⑴由于输送功率为P=500kW，一昼夜输送电能E=Pt=12000度，终点得到的电能E/=7200度，因此效率η=60%。
输电线上的电流可由I=P/U计算，为I=100A，而输电线损耗功率可由
Pr=I2r计算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20Ω。
⑵输电线上损耗功率，原来Pr=200kW，现在要求Pr/=10kW，计算可得输电电压应调节为U/=22.4kV。
例6解析：
输电线路的示意图如图所示，
输电线损耗功率P线=100×4%kW=4kW，又P线=I22R线
输电线电流I2=I3=20A
原线圈中输入电流I1=A=400A
所以，这样U2=U1=250×20V=5000V
U3=U2-U线=5000-20×10V=4800V，所以
用户得到的电功率P出=100×96%kW=96Kw
参考答案：
1．C2．C3．D提示：
原、副线圈两端电压不变，开关断开，负载电阻变大，副线圈电流变小，输电线上电压降变小（输电线等效电阻消耗功率变小），L1、L2串联电路两端电压增大，两灯变亮，原线圈中的电流也变小。
4．ACD
5．B提示：
根据电磁感应原理可知，由原线圈绕组n1交变电流产生的磁通量变化全部通过变压器的铁芯传给副线圈，而交变电流的传播速度是不变的，所以选B.
6．CD7．ABC8．C
9．解：
（1）升压变压器，得副线圈电压
副线圈电流
电线电阻R上损失的功率，得R≈15.6Ω．
降压变压器原线圈电压
降压变压器原副线圈匝数比：
（2）由能量守恒：
，
得
可装电灯的盏数（盏）
10．解：
高压电网相邻两极板间的击穿电压，即变压器次级线圈的电压：
U2穿=Ed
根据理想变压器的原理：
=
由题意，为防止短路：
﹥联立④⑤⑥得：
﹥
11．解：
（1）因为，所以=2500V.
（2）P2=P1=50kW.输电线中电流，
则。
（3）用户得到功率P4=P1－=44000W,
所以降压变压器副线圈电流。
故。
12．解：
（1）根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由
，
得（匝）（匝）
（2）设原线圈输入电流为，由，即
故
10
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