第2节变压器电能的输送

第2节变压器电能的输送教材梳理·自主预习真题试做·模拟演练考点研析·感悟提升一、理想变压器1.理想变压器的构造和原理(如图所示)知识梳理教材梳理·自主预习(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注意:理想变压器是一个理想化模型.2.理想变压器的基本关系式(1)功率关系:

.P入=P出U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn3.几种常见的变压器(1)自耦变压器——调压变压器.自耦变压器原理如图所示:若AX为输入端,触头a向上移动时,副线圈匝数n2

,输出电压

.增加升高(2)互感器二、远距离输电1.输电过程(如图所示)2.电压损失(1)ΔU=U-U′.(2)ΔU=

.3.功率损失(1)ΔP=P-P′.IRI2R4.输送电流自主探究变压器线圈中的电流越大,所用的导线应当越粗.街头见到的变压器是降压变压器,假设它只有一个原线圈和一个副线圈,哪个线圈应该使用较粗的导线?为什么?答案:降压变压器的副线圈两端电压低,匝数少,通过的电流大,为减小产生的热量,减小线圈导线的电阻,应该用较粗的导线.小题检测1.思考判断(1)理想变压器的基本关系式中,电压和电流均为有效值.(

)√(2)变压器不但能改变交变电流的电压,还能改变交变电流的频率.(

)(3)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小.(

)(4)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗.(

)(5)在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越大.(

)××√√2.理想变压器上接有三个完全相同的灯泡,其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源,另外两个并联后接在副线圈两端.已知三个灯泡均正常发光,则该变压器原、副线圈的匝数之比为(

)A.1∶2 B.2∶1C.2∶3 D.3∶2B3.如图所示,变压器输入有效值恒定的电压,副线圈匝数可调,输出电压通过输电线送给用户(电灯等用电器),R表示输电线的电阻,则(

)A.用电器增加时,变压器输出电压增大B.要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑C.用电器增加时,输电线的热损耗减少D.用电器增加时,变压器的输入功率减小B4.在远距离输电时,在输送的电功率和输电线电阻都保持不变的条件下,输电的电压为U1时,输电线上损失的功率为P1;输电的电压为U2时,输电线上损失的功率为P2.则U1∶U2为(

)A考点一理想变压器的原理和基本关系考点研析·感悟提升理想变压器以及原、副线圈基本量的关系理想变压器没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,U1∶U2=n1∶n2,与负载的多少无关电流关系只有一个副线圈时,I1∶I2=n2∶n1;有多个副线圈时,由P入=P出,即I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn,得I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn频率关系f1=f2(变压器不改变交变电流的频率)AC解析:由题可知,原线圈两端电压有效值为220V,由理想变压器变压规律可知,副线圈两端电压即电压表示数为44V,B项错误;由欧姆定律可知,通过负载电阻R的电流的有效值为1A,根据理想变压器变流规律可知,原线圈中电流即电流表示数为0.20A,A项正确;原线圈输入功率P=U1I1=44W,C项正确;由交流电源电压表达式可知,交变电流的频率为50Hz,而理想变压器不改变交变电流的频率,D项错误.[针对训练]普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为Iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则(

)A.ab接MN,cd接PQ,Iab<IcdB.ab接MN,cd接PQ,Iab>IcdC.ab接PQ,cd接MN,Iab<IcdD.ab接PQ,cd接MN,Iab>IcdB解析:电流互感器ab一侧线圈匝数比cd一侧线圈匝数少,根据变流比公式Iabnab=Icdncd可知,Iab>Icd,又电流互感器的作用是减小测量电流,即电流表应接在电流较小的一侧,ab接MN,cd接PQ,选项B正确.考点二理想变压器的动态分析1.变压器动态分析的两种情况匝数比不变的情况负载电阻不变的情况2.分析动态问题的思维程序可表示为[例2]如图所示的电路中,有一理想变压器,左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上;右侧串联灯泡L和滑动变阻器R,R上并联一只理想电压表V2.下列说法中正确的是(

)A.当F不动,P向下滑动时,V1示数变大,V2示数变小B.当F不动,P向下滑动时,灯泡消耗的功率变小C.当P不动,F向下移动时,V1,V2的示数均变小D.当P不动,F向下移动时,灯泡消耗的功率变大B解析:当F不动,P向下滑动时,滑动变阻器接入电路中的电阻变大,则副线圈回路中总电阻变大,回路中电流减小,灯泡两端电压减小,功率变小,滑动变阻器两端电压变大,V2的示数变大,而原线圈两端电压不变,则A项错误,B项正确;当P不动,F向下移动时,根据理想变压器特点可知原线圈两端电压不变,副线圈两端电压减小,则副线圈回路中电流变小,灯泡L消耗的功率减小,电压表V2的示数变小,C,D项错误.[针对训练](多选)如图(甲)所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,RT为电阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1为定值电阻,电压表和电流表均为理想交流电表.原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化,如图(乙)所示.下列说法正确的是(

)A.变压器输入、输出功率之比为4∶1B.变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4C.u随t变化的规律为u=51sin(50πt)VD.若热敏电阻RT的温度升高,则电压表的示数不变,电流表的示数变大BD1.理清三个回路(如图所示)考点三远距离输电2.抓住两个联系3.掌握一个守恒P1=P损+P4.[例3]

(多选)小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压,输电时先通过发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,经降压变压器降低电压后再输送至各用户,如图所示.设变压器都是理想变压器,那么在用电高峰期,随着用电器的增多,用户消耗的电功率增加,下列说法正确的是(

)A.发电机的输出电流变小B.高压输电线路的功率损失变大C.降压变压器副线圈两端的电压变小D.升压变压器副线圈两端的电压变大BC思路探究:根据用电器增加,可知降压变压器的输出电流变大,故输电线上的电流增大,升压变压器的输入电流增大,进而分析其他物理量.解析:用电高峰期用电器增多,降压变压器的输出电流增大,由变压器原副线圈电流关系可知输电线上的电流I增大,发电机的输出电流变大,选项A错误;输电线路上损失的功率P损=I2R,R为输电线路电阻,故P损变大,选项B正确;升压变压器副线圈的输出电压U2只与输入电压U1及原、副线圈匝数比有关,即升压变压器副线圈两端的电压不变,选项D错误;降压变压器原线圈两端的电压U3=U2-U损,U损=IR,I增大,U损增大,故U3减小,由理想变压器原副线圈的电压关系可知降压变压器副线圈两端的电压变小,选项C正确.方法技巧(1)画出电能输送的整个原理草图.(2)以变压器铁芯为界线区分各个独立回路,分析回路中的电压、电流和功率等问题.(3)各回路间通过变压器的匝数比、电压比、电流比和原、副线圈输入功率与输出功率相同的关系相联系.1.图示为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1,n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为(

)题组训练C2.一小型水电站,其交流发电机与升压变压器原线圈连接,如图为输电示意图.升压变压器原线圈的输入功率为P1=1000kW,输入电压为U1=1000V,在输电过程中,要求能量损耗等于原线圈输入功率的4%,已知输电线电阻为16Ω,用户降压变压器的输出电压为240V,求:(1)升压变压器原线圈中的电流I1;(2)输电线中的电流I线;答案:(1)1000A

(2)50A

(3)升压变压器与降压变压器的匝数比各为多少.答案:(3)1∶20

80∶11.(2016·全国Ⅲ卷,19)(多选)如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光,下列说法正确的是(

)A.原、副线圈匝数之比为9∶1B.原、副线圈匝数之比为1∶9C.此时a和b的电功率之比为9∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶9真题试做·模拟演练ADB3.(2019·安徽黄山模拟)图(甲)为某水电站的电能输送示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶15,降压变压器的副线圈接有负载R,升压、降压变压器之间的输电线路的总电阻为10Ω,变压器均为理想变压器,升压变压器原线圈中接入如图(乙)所示的正弦式交变电压,输送功率为33kW.下列说法正确的是(

)A.输电线上交变电流的变化周期为0.01sB.输电线中电流为150AC.降压变压器原线圈输入电压为3200VD.输电线上功率损失为