t g ahin变压器和电能的输送
一、变压器的原理
1.构造:由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成.
(1)原线圈:与交流电源相连的线圈. (2)副线圈:与负载相连的线圈.2.原理:变压器工作的基础是电磁感应现象.3.作用:改变交流电流的电压.三、常用的变压器——互感器
1.分类:电压互感器(如图甲)和电流互感器(如图乙).2.电压互感器:如图甲所示,原线圈并联在高压电路中,副线圈接电压表.互感器将高压变为低压,通过电压表测低电压,结合匝数比可计算出高压电路的电压.
3.电流互感器:如图乙所示,原线圈串联在待测高电流电路中,副线圈接电流表.互感器将大电流变成小电流,通过电流表测出小电流,结合匝数比可计算出大电流电路的电流.四、理想变压器中的几个关系:
ima t1.电动势关系:由于互感现象,没有漏磁,原、副线圈中具有相同ΔΦ的磁通量的变化率Δt.如图根据法拉第电磁感应定律,原线圈中ΔΦΔΦE1n1E1=n1Δt,副线圈中E2=n2Δt,所以有E2=n2.2.电压关系
U1n1
(1)U2=n2,无论副线圈一端是空载还是有负载,都是适用的.
U1n1
(2)据U2=n2知当n2>n1时U2>U1,这种变压器称为升压变压器,当n2 压器称为降压变压器. I1U2 3.电流关系:根据P=UI,由功率关系得:U2I2=U1I1,所以I2=U1,U1n1I1n2 再由U2=n2得,电流关系为:I2=n1或n1I1=n2I2. 若有多个副线圈时,有P1=P2+P3+…,即U1I1=U2I2+U3I3+…将U1∶U2∶U3∶…=n1∶n2∶n3∶…代入得n1I1=n2I2+n3I3+… 4.功率关系:理想变压器不计铜损、铁损及漏磁,所以输入功率等于输出功率.当副线圈为断路时,原线圈输入功率为零.对有多个副线圈输出时,输入功率等于副线圈上输出功率之和. 1 e and Ahll tings in their being are goodr fo somenthit g ahin5.频率关系:变压器不能改变交变电流的频率.在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电. 特别提醒:(1)变压器只能改变交流电压,若初级线圈加直流电压则次级线圈输出电压为零. ima t(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值间的关系,对最大值也适用,但对某时刻的瞬时值其关系并不成立.五、变压器工作时的制约关系 1.电压制约:输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=n2U1/n1. 2.电流制约:原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=n2I2/n1.3.负载制约:(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…;(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,I2=P2/U2; (3)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”,即用户消耗多少,原线圈就提供多少,因而输出功率决定输入功率,P1=P2;即变压器的输入功率是由输出功率决定的.练习题: 1.理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( ) A.交流电的频率 B.磁通量的变化率 C.功率 D.交流电的峰值2.对理想变压器,下列说法中正确的是( ) A.原线圈的输入功率,随着副线圈的输出功率增大而增大B.原线圈的输入电流,随副线圈的输出电流增大而增大C.原线圈的电流,不随副线圈的输出电流变化而变化D.当副线圈的电流为零时,原线圈的电压也为零 3.如图所示的理想变压器,原副线圈的匝数比n1∶n2=1∶2,U1=220V,n1=1100匝,以下说法中正确的是( )A.穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为1∶2 B.穿过原、副线圈磁通量的变化率的最大值相等,均为0.2C.原、副线圈每一匝产生的电动势有效值相等,均为0.2 VD.原、副线圈电动势的瞬时值之比为1∶2 2 V 4.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦式交流电源,副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只,且灯泡正常发光.则( ) e and Ahll tings in the2 ir being are2sinωt goodr fo somenthit g ahin32A.电流表的示数为220AB.电源输出功率为1200 W3 C.电流表的示数为220 AD.原线圈两端电压为11 V 5.(变压器的动态分析高考天津卷)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2,导线电阻不计,如图所示.当开关S闭合后( ) ima tA.A1示数变大,A1与A2示数的比值不变B.A1示数变大,A1与A2示数的比值变大C.V2示数变小,V1与V2示数的比值变大D.V2示数不变,V1与V2示数的比值不变 6.有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节,如图所示,在副线圈两输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为U的交流电,则( )A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变大B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表的读数变小C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变大D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表的读数变小7.如图5-4-16,电路中有四个完全相同的灯泡,额定电压均为U,变压器为理想变压器,现在四个灯泡都正常发光,则变压器的匝数比n1∶n2和电源电压U1分别为( ) A.1∶2 2U B.1∶2 4UC.2∶1 4U D.2∶1 2U8.如图5-4-18甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1=20 Ω,R2=30 Ω,C为电容器.已知通过R1的正弦式交流电如图乙所示,则( )A.交流电的频率为0.02 HzB.原线圈输入电压的最大值为200C.电阻R2的电功率约为6.67 WD.通过R3的电流始终为零 2 V e and Ahll tings in t3 heir being are goodr fo somenthit g ahinima t一、降低输电损耗的两个途径域通过降压变压器降到所需的电压.二、输电线上的电压损失和功率损失特别提醒:ΔU=IR. 电能的输送 1.由于输电导线有电阻,在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉,设输电导线中电流为I,输电导线的电阻为R,则输电导线上的功率损失为ΔP=I2R2.减小输电导线上的功率损失的两种方法 l(1)减小输电导线上的电阻:由电阻定律R=ρS可知,距离一定,选用电阻率ρ小的金属 做导线,增大导线横截面积S可减小电阻. (2)减小输电导线的电流:由P=UI可知,当传输功率P一定时,升高电压可以减小电流3.远距离输电基本原理:在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区 1.电压损失:输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值.ΔU=U-U′=IR.2.功率损失:远距离输电时,输电线有电阻,电流的热效应引起功率损失,损失的电功率 ΔU2 (1)ΔP=I2R; (2)ΔP=IΔU; (3)ΔP=RI为输电电流,R为输电线的电阻,ΔU为输电线上损失的电压. (1)输电电压是指加在高压输电线始端的电压U,损失电压是指降落在输电线路上的电压 (2)输送功率是指高压输电线始端输出的电功率,损失功率是输电线上消耗的功率. 二、远距离输电的几个基本关系电路(如图所示) e and Ahll tings in t4 heir being are goodr fo somenthit g ahin1.功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P线+P3 ima tU1n1I2U3n3I4 2.电压、电流的关系:U2=n2=I1,U4=n4=I3 U2=ΔU+U3,I2=I3=I线.P2P3U2-U3 3.输电电流:I线=U2=U3=R线 P2 4.输电导线上损耗的电功率:P线=I2线R线,P线=(U2)2R线. 练习题: 1.在远距离输电中,当输电线的电阻和输送的电功率不变时,那么( )A.输电线路上损失的电压与输送的电流成正比B.输电的电压越高,输电线路上损失的电压越大C.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比D.输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比 2.某变电站用11 kV交变电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R.现若用变压器将电压升高到220 kV送电,下面选项正确的是( ) UA.因I=R,所以输电线上的电流增为原来的20倍P1 B.因I=U,所以输电线上的电流减为原来的20 U2 C.因P=R,所以输电线上损失的功率增为原来的400倍 1 D.若要使输电线上损失的功率不变,可将输电线的直径减为原来的400 3.某水电站,用总电阻为2.5 3×106 kW.现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )A.输电线上输送的电流大小为2×105 AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kWD.输电线上损失的功率为ΔP=U2/r,U为输电电压,r为输电线的电阻 3.中国已投产运行的1000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电 线电阻都不变的条件下,现改用1000 kV特高压输电,若不考虑其他因素的影响,则输电 e and Ahll tings iΩ的输电线输电给500 n t5 heir being akm外的用户,其输出电功率是 re goodr fo somenthi