第33講變壓器遠(yuǎn)距離輸電實驗:探究變壓器

原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

考點一實驗:探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系

明德知識

一、實驗?zāi)康?/p>

i.了解變壓器的構(gòu)造、原理..

2.通過實驗，探究出變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系.

二、實驗原理

（1）實驗原理電路圖（如圖所示）：

（2）實驗思路:采用控制變量法進(jìn)行探究.

①〃I、a一定，研究小和5的關(guān)系.

②〃2、Ui一定，研究用和5的關(guān)系.

三、實驗器材

學(xué)生電源（低壓交流電源，小于12V）1個、可拆變壓器1個、多用電表1個、導(dǎo)線若干.

四、實驗步驟

1.連接好電路圖，并記錄兩個線圈的匝數(shù).

2.接通學(xué)生電源，讀出原、副線圈兩端的電壓值，并記錄在表格中.

3.保持學(xué)生電源的電壓、原線圈的匝數(shù)不變，多次改變副線圈的匝數(shù)，記錄每次的副線圈

匝數(shù)和副線圈兩端對應(yīng)的電壓值.

4.保持學(xué)生電源的電壓、副線圈的匝數(shù)不變，多次改變原線圈的匝數(shù)，記錄每次的原線圈

匝數(shù)和副線圈兩端對應(yīng)的電壓值.

五、誤差分析

1.實際變壓器存在各種損耗（漏磁，原、副線圈有電阻，鐵芯中有渦流）.

2.交流電表的讀數(shù)存在誤差.

六、實驗結(jié)論

原、副線圈的電壓比與原、副線圈的匝數(shù)比相等.

七、注意事項

1.在改變學(xué)生電源的電壓、線圈的匝數(shù)前，要先讓多用電表的表筆與變壓器接線柱分離,

再斷開電源開關(guān)進(jìn)行操作.

2.為了人身安全，學(xué)生電源的電壓不能超過12V,通電時不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接線

柱.

3.為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定被測電

壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量.

典例拈所

例1[2024?杭州模擬]“探究變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)的關(guān)系”的部分實驗裝置

如圖所示.

(1)將學(xué)生電源電壓擋調(diào)到8V,1個電壓表與可拆變壓器原線圈上的“0”和“400”兩

接線柱相連，現(xiàn)要使副線圈獲得低于8V的電壓，另一電壓表的兩表筆應(yīng)分別接副線圈的

“0”和“”兩接線柱，請完成電路連線.

A.200B.800C.1400

(2)完成連線后，進(jìn)行測量時發(fā)現(xiàn)副線圈電壓測量值明顯小于理論值,形成這種現(xiàn)象的不當(dāng)

操作可能是.

例2在利用教學(xué)中的可拆變壓器進(jìn)行“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系”實驗

中,裝置如圖所示.回答下列問題：

(1)原線圈所接的電源應(yīng)是:

(2)用多用電表的交流電壓擋測電壓時，應(yīng)先用(選填“最大”或“最小”)量程

擋試測；

⑶若在原線圈“0”和“800匝”之間接12V交流電壓，副線圈接“0”和“400匝”，則

利用交流電壓表測出副線圈兩端的電壓可能是(選填“5”或"6”)V.

(4)由于交變電流的電壓是變化的,所以實驗中測量的是電壓的(選填“平均”

“有效”或“最大”)值;某次實驗操作，副線圈所接多用電表的讀數(shù)如圖所示，其對應(yīng)的

選擇開關(guān)是交流電壓10V擋，則此時電表讀數(shù)為V.

考點二理想變壓器的原理及其應(yīng)用

明備知識r精梳理

1.理想變壓器的構(gòu)造

如圖所示，變壓器是由閉合和繞在鐵芯上的兩個組成的.

（1）原線圈:與連接的線圈，也叫線圈.

⑵副線圈:與連接的線圈，也叫線圈.

2.理想變壓器的原理:電磁感應(yīng)的.

3.理想變壓器及其基本關(guān)系

（1）沒有“銅損”（線圈電阻為零，不發(fā)熱）

理想

（2）沒有“鐵損”（鐵芯中無渦流，不發(fā)熱）

Krrm

（3）沒有“漏磁”（磁通量全部集中在鐵芯中）

功率根據(jù)能量守恒可得:原線圈的輸入功率等于副線

關(guān)系圈的輸出功率，即。入=。出

只有一個副線圈時：外電

電壓

基

關(guān)系有多個副線圈時口="="=…

本

叫九2?3

關(guān)

只有一個副線圈時9=也

系電流

關(guān)系

有多個副線圈時：/向=/2〃2+，3為+.

頻率

力》（變壓器不改變交變電流的頻率）

關(guān)系

4.其他幾種常用的變壓器

⑴自耦變壓器一一調(diào)壓變壓器,如圖甲（降壓作用）、乙［升壓作用）所示.

⑵互感器

電壓互感器如＞小）：把高電壓變成，如圖丙所示.

電流互感器（如＜，切:把大電流變成小電流,如圖丁所示.

【辨別明理】

1.變壓器只對交變電流起作用，對恒定電流不起作用.（）

2.變壓器不但能改變交變電流的電壓,還能改變交變電流的頻率.（）

3.將正常工作的變壓器副線圈與用電器斷開時,副線圈兩端無電壓.（）

4.變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時，原線圈輸入的電流隨之減小.（）

典例精折

》考向一變壓器基本物理量的分析與計算

例3（多選）［2024?寧波模擬］在停車場新建了一座電動汽車充電站.將配電電壓為3.3

kV的正弦式交流電通過變壓器降至220V,將充電樁連接到變壓器的副線圈上.若變壓器

可視為理想變壓器,每一個充電樁的輸入電流為15A,則下列說法正確的是（）

A.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比〃I:7/2=3:2

B.加在每個充電樁兩端電壓的最大值為220V

C.若8臺充電樁同時使用,則變壓器原線圈中的電流為8A

D.若8臺充電樁同時使用,變壓器的輸入功率為26.4kW

例412024?浙江1月選考］如圖為某燃?xì)庠铧c火裝置的原理圖.直流電經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出

〃=5sin100m（V）的交流電,經(jīng)原、副線圈匝數(shù)分別為〃?和〃2的變壓器升壓至峰值大于10

kV,就會在打火針和金屬板間引發(fā)電火花，實現(xiàn)點火.下列說法正確的是（）

A27

'ni20000

C.用電壓表測原線圈兩端電壓，示數(shù)為5V

D.副線圈輸出交流電壓的頻率是100Hz

?考向二變壓器電路的動態(tài)分析

1.理想變壓器的制約關(guān)系

副線圈電壓S由原線圈電壓S和匝數(shù)

電壓

比決定

制約原線圈的輸入功率P入由副線圈的輸出

功率

關(guān)系功率尸出決定

原線圈電流/1由副線圈電流/2和匝數(shù)比

電流

決定

2.兩種情況

匝數(shù)比不變的情況負(fù)載電阻不變的情況

負(fù)載及變化化，負(fù)載A不變

(1必不變，根據(jù)富=也,輸入電

U2九2(1)S不變,也發(fā)生變化,S變

n

壓5決定輸出電壓S,可以得2

化

出不論負(fù)載電阻R如何變

(2)/?不變,5變化,2發(fā)生變

化,5不變

化

(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時以

變化,根據(jù)輸出電流/2決定輸(3)根據(jù)P尸字和尸產(chǎn)P2,可以

1\

入電流4,可以判斷4的變化

判斷尸2變化時B發(fā)生變

(3止變化引起B(yǎng)變化，根據(jù)

化,口不變時為發(fā)生變化

P1二P2,可以判斷P1的變化

例5(多選)一種感溫式火災(zāi)報警器如圖甲所示，其簡化的工作電路如圖乙所示.變壓器原

線圈接電壓有效值恒定的交流電源.副線圈連接報警系統(tǒng)，其中心為熱敏電阻，其阻值隨

溫度的升高而減小,吊)為滑動變阻器,R為定值電阻.當(dāng)警戒范圍內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，環(huán)境溫度升

高達(dá)到預(yù)設(shè)值時，報警裝置（圖中未畫出）通過檢測通過R的電流觸發(fā)報警.下列說法正確

的是()

A.警戒范圍內(nèi)出現(xiàn)火情時,副線圈兩端電壓不變

B.警戒范圍內(nèi)出現(xiàn)火情叫原線圈輸入功率變小

C.通過定值電阻凡的電流過大時，報警裝置就會報警

D.若要調(diào)低預(yù)設(shè)的報警溫度，可減小滑動變阻器&連入電路的阻值

例6[2024?麗水模擬]如圖所示為理想的自耦變壓器，其中P為變壓器上的滑動觸頭,P'

為滑動變阻器上的滑片，口保持不變，則()

A.P不動,P向下滑動時,S一直在減小

B.P，不動,P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時,5和S的比值不變

C.P，不動,P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時，電流表讀數(shù)在增大

D.P順時針轉(zhuǎn)動一個小免度，同時尸向下滑動時，小燈泡的亮度可能不變

【技法點撥】

含有變壓器的動態(tài)電路問題的解題思路

確定輸入確定原線

功率八圈電流4

考點三遠(yuǎn)距離輸電問題

明德知識精梳理

遠(yuǎn)距離輸電問題的“三、二、

1.理清三個回路

在回路2中,S=4U+5,/產(chǎn)/汶二A

2.抓住兩個聯(lián)系

(I)理想的升壓變壓器聯(lián)系著電源回路和輸送回路,由理想變壓器原理可

(2)理想的降壓變壓器聯(lián)系著輸送回路和用戶回路,由理想變壓器原理可

得華二乂電工心二尸4

力n4/4"3

3.掌握一個守恒

功率關(guān)系，尸P嫻+尸4.

特別提醒輸電線路功率損失的計算方法

Pl為輸送的功率,尸4為用戶得到的功

P^=P\-P4

率

/我為輸電線路上的電流,R岐為線路電

P攝=//R跳

阻

P_(皿2△U為輸電線路上損失的電壓，不要

R線與S、S相混

Pw=At//線△U小要錯代入5或S

典例轉(zhuǎn)折明思路

例7[2020?浙江7月選考[如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P=100kW,發(fā)電

機的電壓5=250V,經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線總電阻R畿=8。，在用戶端用降壓

變壓器把電壓降為U4=220V.已知輸電線上損失的功率P蚣=5kW,假設(shè)兩個變壓器均是

理想變壓器，下列說法正確的是()

A.發(fā)電機輸出的電流/產(chǎn)40A

B.輸電線上的電流/找二625A

C.降壓變壓器的匝數(shù)比〃3:774=190：11

D.用戶得到的電流74=455A

例8[2024?新昌中學(xué)模隊]某節(jié)能儲能輸電網(wǎng)絡(luò)如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓（/i=250

V,輸出功率為500kW.降壓變壓器的匝數(shù)比?。?=50：1,輸電線總電阻R=62.5Q.其

余線路電阻不計，用戶端電氏220V,功率為88kW.所有變壓器均為理想變壓器.下列

說法正確的是（）

A.發(fā)電機的輸出電流為368A

B.輸電線上損失的功率為4.8kW

C.輸送給儲能站的功率為408kW

D.升壓變壓器的匝數(shù)比用：〃2=1：44

素養(yǎng)提升用等效法處理變壓器問題

1.等效電阻的建立

乙

證明:如圖甲所示，設(shè)原線圈的電壓為S、電流為外,副線圈的電壓為S、電流為/2,副線

圈所接負(fù)載為&變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為小、小.由歐姆定律可知中=R，令原線圈、

12

副線圈的匝數(shù)之比也水根據(jù)變壓器規(guī)律可知$出=#=9文聯(lián)立可得?=蹤,所以可將

?2Uzn2hn2h

變壓器和副線圈所接負(fù)模整體看成阻值為的等效電阻直接連在原線圈一側(cè),等效電

路如圖乙所示.

結(jié)論:在只有一個副線圈的理想變壓器電路中，設(shè)原線圈、副線圈的匝數(shù)之比為也斗，負(fù)載

?2

電阻為R.則變壓器和負(fù)載電阻整體可以等效為一個新電阻，其阻值R=ER.

2.等效電源的建立

A

T

證明:如圖丙所示，設(shè)原線圈的電壓為U、電流為人副線圈的電壓為S、電流為七副線

圈所接負(fù)載為R,與原線圈串聯(lián)的定值電阻為島,變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為加、物.將

變壓器、定值電阻&與原交流電源看作?個整體,等效為?個新的電源，令新電源的電

動勢為￡，新電源的等效內(nèi)阻為廣作出等效后的電路圖如圖丁所示.

對圖丙，由串聯(lián)電路的規(guī)律得U產(chǎn)U-/公，令』I廁泮垮女聯(lián)立可得磴.

“221

,,

對圖丁，由閉合電路歐姆定律得U2=E-hr.

對兩式比較，可得E；專.

結(jié)論:理想變壓器中與原線圈串聯(lián)的定值電阻為Ro,交流電源輸出電壓為U,