第2講變壓器電能的輸送

一、理想變壓器

工作原理：互感原理(穿過(guò)初級(jí)鐵芯的

磁通量

的變化率等于穿過(guò)次級(jí)鐵芯的磁通量的變化率之和)

規(guī)律：

制約關(guān)系：(1)輸入功率由

輸出功率

決定．

(2)輸出電壓是由

輸入電壓

與

匝數(shù)比

共同決定．

(3)輸入電流是由

輸出功率

與

輸入電壓

共同決定．減小輸電線電能損失主要途徑高壓輸電輸電過(guò)程示意圖二、遠(yuǎn)距離輸電減小輸電線電能損失主要途徑高壓輸電常用關(guān)系理想變壓器(1)沒(méi)有能量損失(銅損、鐵損)(2)沒(méi)有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中)解答

1．理想變壓器及其原、副線圈基本量的關(guān)系是怎樣的？基本關(guān)系功率關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負(fù)載情況、副線圈個(gè)數(shù)的多少無(wú)關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈，電流和匝數(shù)成反比多個(gè)副線圈，根據(jù)輸入功率和輸出功率相等得電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等決定關(guān)系功率決定關(guān)系輸出功率決定輸入功率，當(dāng)副線圈空載時(shí)，變壓器的輸出功率為零，輸入功率也為零．并且輸入功率隨著負(fù)載的變化而變化．解答2．怎樣分析變壓器中各物理量的制約關(guān)系？決定關(guān)系電壓決定關(guān)系副線圈兩端電壓由原線圈兩端電壓和匝數(shù)比決定，無(wú)論副線圈是否有負(fù)載，是單組還是多組，每組副線圈與原線圈的兩端的電壓比都等于匝數(shù)比．電流決定關(guān)系副線圈中的電流決定原線圈中的電流，原線圈中的電流隨著副線圈電流的增大而增大.說(shuō)明

,①理想變壓器工作時(shí)，若增加負(fù)載個(gè)數(shù)，相當(dāng)于負(fù)載電阻減小，從而副線圈中的電流增大，此時(shí)原線圈中的電流也增大，若減少負(fù)載個(gè)數(shù)，相當(dāng)于負(fù)載電阻增大，從而副線圈中的電流減小，此時(shí)原線圈中的電流減?。舾本€圈空載時(shí)，副線圈中的電流為零，原線圈中的電流也為零．②在原、副線圈回路中的電表都是理想電表，其內(nèi)阻的影響可以忽略.

3.遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中具體過(guò)程分析

(1)畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖，包括發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻．并規(guī)范的在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號(hào)．一般設(shè)兩個(gè)變壓器的初、次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為n1、n1′、n2、n2′，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號(hào)來(lái)表示．從圖10-2-1中應(yīng)該看出功率之間的關(guān)系是：P1＝P1′，P2＝P2′，P1′＝Pr＋P2.②若輸電線功率損失已經(jīng)確定，那么升高輸電電壓能減少輸電線截面積，從而節(jié)約大量金屬材料和架設(shè)電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地．

注意：電路中的電阻和負(fù)載中的電阻都是等效電阻，在計(jì)算導(dǎo)線中的電阻時(shí)，如果知道單位長(zhǎng)度上的電阻阻值，計(jì)算導(dǎo)線的長(zhǎng)度時(shí)要注意導(dǎo)線是雙向的．1．理想變壓器的原理與規(guī)律

例1：如圖10－2－2所示，一理想變壓器原線圈匝數(shù)n1＝1100匝，副線圈匝數(shù)n2＝180匝，交流電源的電壓U1＝220sin120πtV，電阻R＝45Ω，電壓表、電流表均為理想電表，則(

)圖10－2－2A．交流電的頻率為50HzB.的示數(shù)約為0.13AC.的示數(shù)約為1.1AD.的示數(shù)為36V

解析：由交流電源的電壓表達(dá)式知：120π＝2πf，即此交流電的頻率為60Hz，選項(xiàng)A錯(cuò)．由交流電源的電壓表達(dá)式知：此交流電的有效值為220V.答案:BD

方法點(diǎn)撥：變壓器的輸出功率決定輸入功率，且變壓器不會(huì)改變電流的周期和頻率．

變式訓(xùn)練1：如圖10-2-3所示，原、副線圈匝數(shù)比為2∶1的理想變壓器正常工作時(shí)()A．原、副線圈磁通量之比為2∶1B．原、副線圈電流之比為1∶2C．輸入功率和輸出功率之比為1∶1D．原、副線圈磁通量變化率之比為1∶1圖10-2-3BCD

2．變壓器的動(dòng)態(tài)分析

例2：(2010·山東卷)一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖10－2－2甲所示，副線圈所接電路如圖10－2－4乙所示，P為滑動(dòng)變阻器的觸頭．下列說(shuō)法正確的是(

)圖10－2－4A．副線圈輸出電壓的頻率為50HzB．副線圈輸出電壓的有效值為31VC．P向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小D．P向右移動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率增加答案：AD

方法點(diǎn)撥：這類問(wèn)題主要是通過(guò)改變?cè)本€圈的匝數(shù)或改變用電器的阻值來(lái)設(shè)置動(dòng)態(tài)的，處理這類問(wèn)題時(shí)，首先要分清變量和不變量，再根據(jù)理想變壓器中電壓、電流、功率的制約和與匝數(shù)的關(guān)系解答．

變式訓(xùn)練2：如圖10-2-5所示，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開(kāi)關(guān)S是閉合的．V1和V2為理想電壓表，讀數(shù)分別為U1和U2；A1、A2和A3為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3.現(xiàn)斷開(kāi)S，U1數(shù)值不變，下列推斷中正確的是()A．U2變小、I3變小

B．U2不變、I3變大

C．I1變小、I2變小

D．I1變大、I2變大圖10-2-5

解析：因?yàn)樽儔浩鞯脑褦?shù)與U1不變，所以U2不變．當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，因?yàn)樨?fù)載電阻增大，故次級(jí)線圈中的電流I2減小，由于輸入功率等于輸出功率，所以I1也將減小，C正確；因?yàn)镽1的電壓減小，故R2、R3兩端的電壓將增大，I3變大，B正確．答案：BC

3．遠(yuǎn)距離輸電

例3：(2010·江蘇卷)在如圖10－2－6所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有(

)圖10－2－6A．升壓變壓器的輸出電壓增大B．降壓變壓器的輸出電壓增大C．輸電線上損耗的功率增大D．輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大答案：CD

方法點(diǎn)撥：升壓變壓器與降壓變壓器的聯(lián)系點(diǎn)是關(guān)聯(lián)整個(gè)輸電的關(guān)鍵．具體的方法是電壓關(guān)聯(lián)(U2＝Ur＋U3)、電流關(guān)聯(lián)(I2＝Ir＝I3)、功率關(guān)聯(lián)(P2＝Pr＋P3)．核心思路就是升壓變壓器的副線圈為電源，導(dǎo)線與降壓變壓器的原線圈為用電器．

變式訓(xùn)練3：某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過(guò)電站附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處村寨附近的降壓變壓器，經(jīng)降低電壓后再輸送至各用戶．設(shè)變壓器都是理想的，那么在用電高峰期，隨用電器總功率的增加將導(dǎo)致()A．升壓變壓器初級(jí)線圈中的電流變小

B．升壓變壓器次級(jí)線圈兩端的電壓變小

C．高壓輸電線路的電壓損失變大

D．降壓變壓器次級(jí)線圈兩端的電壓變大C4．互感器

例4：在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器．如下所示的四個(gè)圖中，能正確反映其工作原理的是(

)

解析：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏?，因此原線圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多．監(jiān)測(cè)每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中．

【答案】A

方法點(diǎn)撥：互感器是按比例變換電壓或電流的設(shè)備，互感器的功能是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓(100V)或標(biāo)準(zhǔn)小電流(5A或1A，均指額定值)，以便實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x表、保護(hù)設(shè)備及自動(dòng)控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，互感器還可用來(lái)隔開(kāi)高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設(shè)備的安全．

變式訓(xùn)練4：如圖10-2-7所示，L1和L2是高壓輸電線，利用甲、乙可以測(cè)