必考部分选修第十章第单元变压器电能的输送

1、一、变压器原理一、变压器原理1构造和原理构造和原理 如图如图1021所示：所示： (1)主要构造：由主要构造：由 、 和和 组组成成 (2)工作原理：电磁感应的工作原理：电磁感应的 现象现象图图1021原线圈原线圈副线圈副线圈闭合铁芯闭合铁芯互感互感2理想变压器的基本关系式理想变压器的基本关系式 (1)电压关系：电压关系： 若若n1n2，为，为 变压器；若变压器；若 n1n2，为，为 变压器变压器 (2)电流关系：电流关系： 只适用于只有一个副线圈的情况只适用于只有一个副线圈的情况 升压升压降压降压3互感器互感器 (1)电压互感器：用来把电压互感器：用来把 电压变成电压变成 电压电压 (2)电

2、流互感器：用来把电流互感器：用来把 电流变成电流变成 电流电流高高低低大大小小 (1)如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的如果变压器没有漏磁和能量损失，这样的变压器就是理想变压器变压器就是理想变压器(2)变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定变压器只能改变交变电流的电流和电压，不能改变恒定电流的电流和电压电流的电流和电压二、电能的输送二、电能的输送1根据根据P损损I2R线线，减少输电电能损失有两种方法，减少输电电能损失有两种方法 (1)减小输电线的电阻：由减小输电线的电阻：由R 可知，要减小输电线的电阻可知，要减小输电线的电阻 R线线，在输电距离不变情况下，可采用减小材料的，在输电距

3、离不变情况下，可采用减小材料的 、 增大导线的增大导线的 等方法，但是不实际，不容易实现等方法，但是不实际，不容易实现 (2)减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据 PUI，要减小电流，必须提高，要减小电流，必须提高 横截面积横截面积电阻率电阻率输电电压输电电压2远距离输电的功率损失远距离输电的功率损失 输送功率一定时，线路电流输送功率一定时，线路电流I ，输电线上损失功，输电线上损失功 率率P损损I2R线线 ，可知，可知P损损理想变理想变压器压器没有能量损失没有能量损失没有磁通量损失没有磁通量损失基基本本关关系系功率关系功率关系原

4、线圈的输入功率等于副线圈的输出功率原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入入P出出电压关系电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载原、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情况、副线圈个数的多少无关电流关系电流关系 只有一个副线圈：电流和匝数成反比只有一个副线圈：电流和匝数成反比 多个副线圈：由输入功率和输出多个副线圈：由输入功率和输出功率相等确定电流关系功率相等确定电流关系频率关系频率关系原、副线圈中电流的频率相等原、副线圈中电流的频率相等理想变理想变压器压器没有能量损失没有能量损失没有磁通量损失没有磁通量损失制约制约关系关系电电压压副线圈电压副线圈电压U2由原线圈电

5、压由原线圈电压U1和匝数比决定和匝数比决定功功率率原线圈的输入功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率由副线圈的输出功率P2决定决定电电流流原线圈电流原线圈电流I1由副线圈电流由副线圈电流I2和匝数比决定和匝数比决定(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个 特点，电流关系的推导应该以其为依据特点，电流关系的推导应该以其为依据(2)变压器的以上关系都是根据变压器的以上关系都是根据“口口”字型的变压器推出的如字型的变压器推出的如 果变压器不是果变压器不是“口口”字型时，应根据字型时，应根据变压器的原理及各线圈变压器的原理及各线圈

6、中磁通量的关系推导出各物理量的关系中磁通量的关系推导出各物理量的关系 如图如图1022所示的电路中，变压器初级线圈所示的电路中，变压器初级线圈匝数匝数n11000匝，次级线圈有两个，匝，次级线圈有两个，匝数分别为匝数分别为n2500匝，匝，n3200匝，匝，分别接一个分别接一个R55 的电阻，在初级的电阻，在初级线圈上接入线圈上接入U1220 V的交变电流求：的交变电流求：(1)两次级线圈输出电功率之比；两次级线圈输出电功率之比；(2)初级线圈中的电流初级线圈中的电流 听课记录听课记录 (1)对两个次级线圈有对两个次级线圈有所以所以U2 U3又又P 所以所以(2)由欧姆定律得由欧姆定律得I2

7、2 A，I3 0.8 A.对有两个次级线圈的变压器有对有两个次级线圈的变压器有n1I1n2I2n3I3所以所以I1 1.16 A.答案答案(1) (2)1.16 A 名师归纳名师归纳对于有两组以上的副线圈的变压器，电压对于有两组以上的副线圈的变压器，电压与匝数成正比关系仍成立，而电流与匝数成反比的规律不再与匝数成正比关系仍成立，而电流与匝数成反比的规律不再成立但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入成立但在任何情况下电流的关系都可以根据变压器的输入功率等于输出功率进行求解，即功率等于输出功率进行求解，即U1I1U2I2U3I3，或，或n1I1n2I2n3I3.1.理想变压器的几个因果关系

8、理想变压器的几个因果关系 当理想变压器的匝数比不变时，当理想变压器的匝数比不变时， 如图如图1023所示，各量相互所示，各量相互 关系如下：关系如下： (1)输入电压输入电压U1决定输出电压决定输出电压U2.这这 是因为输出电压是因为输出电压U2 ，当，当U1不变时，不变时， 不论负载电阻不论负载电阻R变化与否，变化与否，U2不会改变不会改变图图1023(2)输出电流输出电流I2决定输入电流决定输入电流I1.在输入电压一定的情况下，输在输入电压一定的情况下，输 出电压出电压U2也被完全确定，当负载电阻也被完全确定，当负载电阻R增大时，增大时，I2减小，减小， 则则I1相应减小；当负载电阻相应减

9、小；当负载电阻R减小时，减小时，I2增大，则增大，则I1相应增相应增 大大(3)输出功率输出功率P2决定输入功率决定输入功率P1.理想变压器的输入功率与输理想变压器的输入功率与输 出功率相等，即出功率相等，即P1P2，在输入电压，在输入电压U1一定的情况下，当一定的情况下，当 负载电阻负载电阻R增大时，增大时，I2减小，则变压器的输出功率减小，则变压器的输出功率P2I2U2 减小，输入功率减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻也将相应减小；当负载电阻R减小时，减小时， I2增大，变压器的输出功率增大，变压器的输出功率P2I2U2增大，则输入功率增大，则输入功率P1 也将增大也将增大2动态分

10、析的思路程序可表示为：动态分析的思路程序可表示为：(1)对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈对于电源，原线圈相当于用电器；对于用电器，副线圈 相当于电源相当于电源(2)对理想变压器应注意能量守恒定律的应用对理想变压器应注意能量守恒定律的应用 如图如图1024所示，理想变压器输入端所示，理想变压器输入端PQ接接稳定的交流电源，通过单刀双掷开关稳定的交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器原线圈可改变变压器原线圈匝数匝数(图中电压表及电流表皆为理想电表图中电压表及电流表皆为理想电表)，则下列说法中正，则下列说法中正确的是确的是 ()图图1024 A当滑片当滑片c向向b端移动时，变压器输

11、入功率变大端移动时，变压器输入功率变大 B当滑片当滑片c向向a端移动时，电流表端移动时，电流表A1的示数将减小，电压的示数将减小，电压表表V的示数不变的示数不变 C当滑片当滑片c向向b端移动时，电流表端移动时，电流表A2的示数将变大，电压的示数将变大，电压表表V的示数也变大的示数也变大 D滑片滑片c不动，将开关不动，将开关S由由1掷向掷向2时，三个电表时，三个电表A1、A2、V的示数都变大的示数都变大滑片滑片c移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈中的电流、功移动改变负载电阻的大小，从而改变副线圈中的电流、功率，改变原线圈中的电流率，改变原线圈中的电流.开关开关S由由1掷向掷向2减少了原线圈的

12、匝数，减少了原线圈的匝数，从而改变其他各物理量从而改变其他各物理量. 解题指导解题指导滑片滑片c向向b端移动时，端移动时，R变大，输出功率变大，输出功率P2 ，又因，又因U2不变，则不变，则P2减小，所以输入功率减小，减小，所以输入功率减小，A项错；项错； 滑片滑片c向向a端移动时，端移动时，R变小，变小，A2示数示数I2 变大，则变大，则A1示示数变大，数变大，B项错；项错； 滑片滑片c向向b端移动时，端移动时，R变大，由变大，由I2 知，知，A2示数变小，示数变小，故故C项错；项错； 当滑片当滑片c不动，开关不动，开关S由由1掷向掷向2时，原线圈匝数时，原线圈匝数n1减少，由减少，由U2

13、U1知知U2变大，故变大，故A2示数变大，示数变大，A1示数变大，故示数变大，故D项项正确正确答案答案D 名师归纳名师归纳理想变压器的动态分析问题一般有两种理想变压器的动态分析问题一般有两种类型：类型： (1)负载电阻不变，原、副线圈的电压负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2也不变，也不变，电流电流I1、I2，功率，功率P1、P2随匝数比变化而变化随匝数比变化而变化 (2)匝数比不变，原、副线圈的电压匝数比不变，原、副线圈的电压U1、U2也不变，也不变，电流电流I1、I2，功率，功率P1、P2随负载电阻的变化而变化随负载电阻的变化而变化 无论哪种情况，处理此类问题的关键都是要分清变无论哪种

14、情况，处理此类问题的关键都是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系互制约关系U2由由U1和匝数比决定；和匝数比决定；I2由由U2和负载电阻决和负载电阻决定；定；I1由由I2和匝数比决定和匝数比决定1如图如图1025所示，所示，T为理想变压器，副线圈回路中的输为理想变压器，副线圈回路中的输 电线电线ab和和cd的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当的电阻不可忽略，其余输电线电阻可不计，则当 电键电键S闭合时闭合时 ()图图1025A交流电压表交流电压表V1和和V2的示数一定都变小的示数一定都变小B交流电压表只有交

15、流电压表只有V2的示数变小的示数变小C交流电流表交流电流表A1、A2和和A3的示数一定都变大的示数一定都变大D只有只有A1的示数变大的示数变大解析：解析：闭合闭合S时，输出电路电阻减小，副线圈中电流增大，时，输出电路电阻减小，副线圈中电流增大，V1示数不变，示数不变，A2示数变大，则示数变大，则A1示数也变大，由于示数也变大，由于V1示数示数不变，不变，A2示数变大，则示数变大，则V2示数变小，示数变小，A3示数变小综上所示数变小综上所述，只有述，只有B项正确项正确答案：答案：B1.对高压输电问题，应对高压输电问题，应按按“发电机发电机升压变压器升压变压器远距离输电远距离输电 线线降压变压器降

16、压变压器用电器用电器”这样的顺序，或从这样的顺序，或从“用电器用电器”倒倒推推 到到“发电机发电机”一步一步一步进行分析一步进行分析2高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实高压输电既能减少功率损失，也能减少电压损失，但在实 际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需考虑各种际高压输电时，也并非输电电压越高越好，还需考虑各种 因素，依照不同的情况选择合适的输电电压因素，依照不同的情况选择合适的输电电压图图1026 3远距离高压输电的几个基本关系远距离高压输电的几个基本关系(以图以图1026为例为例)(1)功率关系：功率关系：P1P2，P3P4，P2P线线P3.(2)电压、电流关系：电

17、压、电流关系： U2U线线U3，I2I3I线线(3)输电电流：输电电流：I线线(4)输电线上损耗的功率：输电线上损耗的功率： P损损I线线U线线I线线2R线线当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线倍，输电线上损耗的功率就减少到原来的上损耗的功率就减少到原来的 (15分分)某小型发电站的发电机输出交流电压某小型发电站的发电机输出交流电压为为500 V，输出电功率为，输出电功率为50 kW，如果用电阻为，如果用电阻为3 的输电线的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如

18、，要求输电线上损失的电功率是输送功率的如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220 V供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？器原、副线圈的匝数比各是多少？ 先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立先画出输电线路图，然后以变压器为界，分成几个独立的闭合电路，应用欧姆定律、串联和并联电路的特点及的闭合电路，应用欧姆定律、串联和并联电路的特点及电功、电功率等有关公式分析各自的电流、

19、电压和功率电功、电功率等有关公式分析各自的电流、电压和功率关系，各独立回路之间可通过变压器的关系，各独立回路之间可通过变压器的及理想变压器及理想变压器P1P2等联系起来等联系起来.111222nUInUI 满分指导满分指导用用500 V电压送电时示意图如图电压送电时示意图如图1027所所示，示，50 kW的电功率在输电线上的电功率在输电线上的电流的电流I0 A100 A (2分分) 用户获得电压用户获得电压 U1U0I0R(5001003) V200 V (2分分) 用户获得的功率用户获得的功率P1I0U12104 W (1分分) 改用高压输送时示意图如图改用高压输送时示意图如图1128所示，

20、要求所示，要求P损损0.6%P，即，即P损损501030.6% W300 W (2分分)图图 1027图图1028 输电电流输电电流I A10 A (1分分)发电站升压后输电电压发电站升压后输电电压 (1分分)升压变压器匝数比升压变压器匝数比 (2分分)输电线上损失的电压输电线上损失的电压UIR103 V30 V (1分分)降压变压器的输入电压降压变压器的输入电压U2UU(500030) V4970 V， (1分分)降压变压器的匝数比降压变压器的匝数比 (2分分)答案答案200 V2104 W1 10497 22 名师归纳名师归纳在远距离输电问题中，计算电路功率在远距离输电问题中，计算电路功率

21、问题时常用关系式问题时常用关系式 ，其原因是，其原因是I线线较易由公式较易由公式 求出，而公式求出，而公式P损损U线线I线线或或P损损 则不常用，则不常用，其原因是在一般情况下其原因是在一般情况下U线线不易求出，且易把不易求出，且易把U线线和和U输输相混淆相混淆造成错误造成错误P损损I线线2R线线2(2008上海高考上海高考)某小型实验水电站输出功率是某小型实验水电站输出功率是20 kW，输，输 电线总电阻为电线总电阻为6 . (1)若采用若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率输电，求输电线路损耗的功率 (2)若改用若改用5000 V高压输电，用户端利用高压输电，用户端利用n1 n222

22、1的变的变 压器降压，求用户得到的电压压器降压，求用户得到的电压解析：解析：(1)输电线上的电流为输电线上的电流为I A52.63 A输电线路损耗的功率为输电线路损耗的功率为P损损I2R52.6326 W16620 W16.62 kW(2)改用高压输电后，输电线上的电流为改用高压输电后，输电线上的电流为I A4 A用户端在变压器降压前获得的电压用户端在变压器降压前获得的电压U1UIR(500046)V4976 V根据根据 用户得到的电压为用户得到的电压为U2 4976 V226.18 V.答案：答案：(1)16.62 kW(2)226.18 V 随堂巩固随堂巩固1如图如图1029所示为一理想变

23、压器，在原线圈输入所示为一理想变压器，在原线圈输入 电压不变的条件下，要提高变压器的输入功率，可采用的电压不变的条件下，要提高变压器的输入功率，可采用的 方法是方法是 () A只增加原线圈的匝数只增加原线圈的匝数 B只增加副线圈的匝数只增加副线圈的匝数 C只减小只减小R1的电阻的电阻 D断开开关断开开关 S图图1029解析：解析：输入功率由输出功率决定，副线圈上的功率输入功率由输出功率决定，副线圈上的功率P2增加副线圈的匝数，增加副线圈的匝数，U2增加，增加，P2增大，增大，B正确；增加原线圈正确；增加原线圈匝数，匝数，U2减小，减小，P2减小，减小，A错；减小错；减小R1的电阻，副线圈上的的

24、电阻，副线圈上的总电阻总电阻R变小，变小，P2增大，增大，C对；断开对；断开S，总电阻，总电阻R增大，增大，P2减减小，小，D错错 答案：答案：BC2在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动 头，如图头，如图10210所示当变压器输入电压发生变化时，所示当变压器输入电压发生变化时， 可上下调节可上下调节P1、P2的位置，使输出电压稳定在的位置，使输出电压稳定在220 V 上现发现输出电压低于上现发现输出电压低于220 V，下列措施不正确的是，下列措施不正确的是 () AP1不动，将不动，将P2向上移向上移 BP2不动，将不动，将P1向下移

25、向下移 C将将P1向上移，同时向上移，同时P2向下移向下移 D将将P1向下移，同时向下移，同时P2向上移向上移图图10210.解析：解析：由由 可知可知U2 ，要提高，要提高U2，可通过增，可通过增大大n2或减小或减小n1或同时增大或同时增大n2、减小、减小n1的办法，故的办法，故C的措施不的措施不正确正确答案：答案：C3 (2010南通模拟南通模拟)如图如图10211所示，理想变压器原、副所示，理想变压器原、副 线圈匝数之比线圈匝数之比n1 n24 1，原线圈两端连接光滑导轨，原线圈两端连接光滑导轨， 副线圈与电阻副线圈与电阻R相连组成闭合回路当直导线相连组成闭合回路当直导线AB在匀强磁在匀

26、强磁 场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安培表场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安培表A1的的 读数是读数是12毫安，那么安培表毫安，那么安培表A2的读数是的读数是 () A0B3毫安毫安 C48毫安毫安 D与与R值大小有关值大小有关图图10211解析：解析：当直导线当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中磁感线运动时，原线圈中产生恒定的电流，不能在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，A正确正确答案：答案：A4(2009广东高考广东高考)图图10212所示为远距离高压输电的所示为远距离高压输电的 示意图关于远距离输电，下列表述正确的是示意图关于远距离输电，下列表述正确的是 ()图图10212A增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的 电能损失电能损失B高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C