课时变压器电能的输送.ppt

变式练习3.如图14所示单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向垂直于纸面向里,线圈所围面积为S,线圈导线的总电阻为R.t=0时刻线圈平面与纸面重合,且cd边正在向纸面外转动,则 ( ),A.线圈中电流的瞬时值表达式为i= cos t B.线圈中电流的有效值I= C.线圈中电流的有效值I= D.线圈消耗的电功率P=,答案 C,A.线圈中电流的瞬时值表达式为i= cos t B.线圈中电流的有效值I= C.线圈中电流的有效值I= D.线圈消耗的电功率P= 解析 回路中感应电动势最大值Em=BS,电流最大值 Im= ,t =0时为中性面,故瞬时值表达式i= sin t.电流的有效值I = ,P=I2R= , 故A、B、D错误,C正确. 答案 C,变式练习4(16分)如图10所示,一个被x轴与曲线方程 y=0.2sin 所围的空间中存在着匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度B=0.2 T.正方形金属线框的边长是L=0.4 m,电阻R=0.1 ,它的一边与x轴重合,在拉力F的作用下,线框以v=10 m/s的速度水平向右匀速运动.试求:,(1)拉力F的最大功率是多少? (2)拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区?,题型4 交流电与电磁感应问题的结合,(1)拉力F的最大功率是多少? (2)拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区? 解析 (1)当线框的一条竖直边运动到x=0.15 m处时, 线圈的感应电动势最大,且此时有效切割长度Ly=0.2 m Em=BLyv=0.20.210 V=0.4 V (2分) 根据欧姆定律可得最大电流为 Im= =4 A (2分) 所以拉力F的最大值为 Fm=BLyIm=0.20.24 N=0.16 N (2分) 拉力F的最大功率为 Pm=Fmv=0.1610 W=1.6 W (2分),(2)把线框拉过磁场区域时,因为有效切割长度是按正弦规律变化的,所以,线框中的电流也是按正弦规律变化的(有一段时间线框中没有电流).电动势的有效值是 E= =0.2 V (3分) 通电时间为t = s=0.06 s (2分) 拉力做功W= 0.06 J=0.048 J (3分) 答案 (1)1.6 W (2)0.048 J,一、变压器 1.变压器的构造:如图1所示,变压器是由 和绕在铁芯上的 组成的.,第2课时 变压器 电能的输送,闭合铁芯,两个线圈,图1,(1)原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫 线圈. (2)副线圈:与 连接的线圈,也叫 线圈. 2.变压器的原理:电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于电流的 、 在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化.变化的磁场在副线圈中产生 ,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流. 是变压器工作的基础. 3.理想变压器:没有 的变压器,即 功率等于 功率.,初级,负载,次级,大小,方向,感应电动势,互感现象,能量损失,输入,输出,4.基本关系式 (1)功率关系: . (2)电压关系: ;有多个副线圈时, = (3)电流关系:只有一个副线圈时, . 由P入=P出及P=UI推出有多个副线圈时,U1I1= .,P入=P出,U2I2+U3I3+UnIn,I1n1I2n2I3n3.,5.几种常用的变压器 (1)自耦变压器调压变压器 (2)互感器,电压互感器:用来把 变成 . 电流互感器:用来把 变成 .,高电压,低电压,大电流,小电流,思考:变压器能否改变恒定电流的电压?能否改变交流电的频率? 提示: (1)变压器不能改变恒定电流的电压.由变压 器的原理可知恒定电流通过原线圈时不能产生变 化的磁场,副线圈中的铁芯中的磁通量就不会变化, 副线圈中就不会有感应电动势. (2)变压器也不能改变交流电的频率,因为原、副线圈中磁通量的变化情况相同.,二、电能的输送 1.输电导线上的能量损失:主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为 . 2.降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻.由电阻定律R= 可知,在输电距离一定的情况下,为减小电阻,应采用电阻率小的材料,也可增加导线的横截面积. (2)减小输电导线中的输电电流.由P=UI可知,当输送功率一定时,提高输电的电压,可以减小输电电流. 这两种方法中,适用于远距离输电的是 ,即利用 .,Q=I2Rt,减小输,电电流,高压输电,3.高压输电的原理 由输送功率P=UI,其中U为 ,I为 ,因而当输送功率一定时,可以提高 ,以减小 ,则线路上的功率损耗 P损=I2R可大幅度减小,这是行之有效的办法.,输送电压,输送,电流,输送电,压U,输送电流I,热点一 理想变压器的原、副线圈基本量的关系,热点聚焦,热点二 关于高压输电问题的分析 1.远距离高压输电的几个基本关系(以图2为例),图2,(1)功率关系 P1=P2,P3=P4,P2=P线+P3 (2)电压、电流关系 U2=U线+U3,I2=I3=I线 (3)输电电流:I线= (4)输电导线上损耗的电功率 P线=U线I线=I线2R线= R线,2.关于远距离输电问题的处理思路 (1)首先画出输电线路示意图,最简单电路如图3所示.,图3,题型1 理想变压器基本公式的应用 【例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 如图4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交流电源上时,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?,题型探究,图4,思路点拨 (1)变压器的工作原理是什么? (2)电压、电流和功率三个参量,变压器可以改变哪些?,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 得 U2=U1 =220 V=44 V(电压表读数) I2= A=0.44 A(电流表读数) P入=P出=I2U2=0.4444 W=19.36 W 效率=100% 答案 (1)0 0 (2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%,题型2 理想变压器的动态分析 【例2】如图5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的位置及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,图5,答案 BC,变式练习1 如图6所示,一理想变压器原线圈接入一交流电源,副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻,开关S是闭合的.V1和V2为理想电压表,读数分别为U1和U2;A1、A2和A3为理想电流表,读数分别为I1、I2和I3.现断开S,U1数值不变,下列推断中正确的是 ( ),A.U2变小、I3变小 B.U2不变、I3变大 C.I1变小、I2变小 D.I1变大、I2变大,答案 BC,题型3 远距离输电 【例3】 某电厂要将电能输送到较远的用户,输送的总功率为9.8104 W,电厂输出电压仅为350 V,为减少输送功率损失,先用一升压变压器将电压升高再输出.已知输电线路的总电阻为4 ,允许损失的功率为输送功率的5%,所需电压为220 V,求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少? 思路点拨 画出远距离输电的示意图,标出相关的物理量,找寻需要的计算公式.,解析 根据题意,画出输电线路图如下图所示. 由电路中损失功率P损=P总5%=I22R得输电线路中电流为I2= =35 A. 升压变压器输出电压U2= =2.8103 V 根据理想变压器电压比公式得,升压变压器的原、副线圈匝数比为 降压变压器输入功率为,P3=P总-P损=P总-5%P总=95%P总=9.31104 W 所以降压变压器的初级电压为U3= =2 660 V 所以降压变压器的原、副线圈匝数比为 答案 18 121,变式练习2 有条河,流量Q=2 m3/s,落差h=5 m,现利用其发电,若发电机总效率为50%,输出电压为240 V, 输电线总电阻R=30 ,允许损失功率为输出功率的6%,为满足用电的需求,则该输电线路所使用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少?能使多少盏“220 V, 100 W”的电灯正常发光?(g取10 m/s2),解析 设为水的密度 电源端:P输出= 50%=Qgh0.5=2110310 50.5 W=5104 W (4分),输出电压U0=240 V,输送电路如下图所示 为满足输电要求,据P损=I送2R,有 I送= A =10 A (4分) 则送电电压为U送= V=5103 V (2分) 所以升压变压器的匝数比为,n1n2=U0U送=240(5103)=6125 (2分) 输电线电压损失U损=I送R=1030 V=300 V (3分) 用户端:U1=U送-U损=5103 V-300 V=4 700 V (3分) 据题意可知,U2=220 V,所以降压变压器的匝数比为 n1n2=U1U2=4 700220=23511 (2分) 因为理想变压器没有能量损失,可正常发光的电灯盏数为 N= 盏=470盏 (2分) 答案 6125 23511 470盏,1.某理想变压器的原线圈接一交流电,副线圈接如图所示电路,电键S原来闭合,且R1=R2.现将S断开,那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I、电阻R1上的功率P1及该变压器原线圈的输入功率P的变化情况分别是 ( ) A.U增大 B.I增大 C.P1减小 D.P增大,素能提升,答案 A,2.某理想变压器原、副线圈的匝数比为559,原线圈 所接电源电压按图9所示规律变化,副线圈接有一灯 泡,此时灯泡消耗的功率为40 W,则下列判断正确的 是 ( ) A.副线圈两端输出的电压为36 V B.原线圈中电流表的示数约为0.18 A C.变压器的输入、输出功率之比为559 D.原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=220sin 100t V,图9,答案 B,解析 根据变压器的原、副线圈的电压之比等于 匝数之比,故副线圈两端输出的电压为U2= U1= 36 V,A错;根据理想变压器知P1=P2,故有I1= 0.18 A,B正确,C错;原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=220 sin 100t V,D错. 答案 B,6.发电机的端电压220 V,输出电功率44 kW,输电导线的电阻为0.2 ,如果用初、次级匝数之比为110的升压变压器升压,经输电线后,再用初、次级匝数比为101的降压变压器降压供给用户. (1)画出全过程的线路示意图. (2)求用户得到的电压和功率. (3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的电压和功率.,解析 (1)示意图如下图所示 (2)升压变压器次级的输出电压 U2= U1= 220 V=2 200 V 据升压变压器输出电功率等于输入电功率知,升压变压器次级输出电流,I2= A=20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR=I2R=200.2 V=4 V PR=I22R=2020.2 W=80 W 加到降压变压器初级上的输入电流和电压为,I3=I2=20 A U3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V 降压变压器次级的输出电压和电流为 U4= U3= 2 196 V=219.6 V I4= I3=1020 A=2