第二節(jié)變壓器電能的輸送

1、第二節(jié) 變壓器 電能的輸送知識(shí)要點(diǎn) （一）變壓器的構(gòu)造和電路圖示變壓器由一個(gè)閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈組成，這兩組線圈分別稱作原線圈和副線圈。電路圖示如圖11-15。（二）變壓器的用途用來改變交流電的電壓和電流，同時(shí)傳輸交流電電能。（三）變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的互感原理。（四）理想變壓器的工作規(guī)律變壓比： 變流比：功率傳輸比：=1（五）遠(yuǎn)距離交流電能的輸送方法：提高輸送電壓目的：減少輸電線上的電能損失原理：當(dāng)輸送功率P一定時(shí)，提高輸送電壓U，就能減小輸電電流I，使輸電線上熱耗功率P=I2R減少。疑難分析 1.實(shí)際工作的變壓器是否都是理想變壓器？不是的，理想變壓器必須在電能的傳輸過

2、程中沒有能量的損失，但實(shí)際上是不可能的，它總有這樣幾種損失：（1）線圈本身有電阻，電流流過會(huì)發(fā)熱；（2）交變的磁通量在鐵芯中感應(yīng)出交流電流，使鐵芯發(fā)熱；（3）電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能時(shí)向外有泄漏。因此任何變壓器都有能量的損失，傳輸效率低于100%，用現(xiàn)代工程技術(shù)制造的變壓器已能達(dá)到95%以上的效率，將實(shí)際變壓器當(dāng)作理想變壓器來研究，是物理學(xué)上的理想模型法。2.理想變壓器工作規(guī)律是如何得出的？如圖11-16，當(dāng)原線圈上加上交流電壓U1時(shí)，原線圈中就有交流電流通過，在鐵芯中產(chǎn)生了交變磁通量，這個(gè)交變磁通量同時(shí)穿過原副線圈，使之各自產(chǎn)生一個(gè)交流電動(dòng)勢(shì)，由法拉第電磁感應(yīng)定律：，其中n1和n2分別為原副線圈匝數(shù)

3、，為每匝上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由此可見，線圈每匝上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是相等的。對(duì)于理想變壓器，不計(jì)線圈電阻，應(yīng)有U1=，U2=所以對(duì)于理想變壓器，沒有電能的損失，應(yīng)用P1=P2，即I1U1=I2U2所以 3.正確理解變壓器工作時(shí)，原線圈工作電流I1和副線圈工作電流I2的關(guān)系。對(duì)于理想變壓器，由于=K為定值，所以I1=KI2，I1與I2成正比關(guān)系。當(dāng)副線圈上所加負(fù)載增大時(shí)，電阻R減小，工作電流I2增大，I1也要正比例地增大。實(shí)際變壓器I1的增大比理論上還要大些。當(dāng)副線圈空載時(shí)，R=，I2=0，但I(xiàn)10， 有一個(gè)微小電流值，這就是變壓器的空載電流，將引起空載能耗，所以變壓器不工作時(shí)，最好將原線圈與電源斷開。4

4、.實(shí)際變壓器工作時(shí)，為什么受額定功率的限制？實(shí)際變壓器畢竟不是理想變壓器，都有能量的損失，而且主要是變壓器發(fā)熱。如果工作時(shí)功率太大，發(fā)勢(shì)很厲害，就可能燒毀線圈，因此實(shí)際變壓器工作時(shí)都受額定功率的限制，如果長期工作在額定功率狀態(tài)下，還需附加冷卻裝置，像絕緣油浸冷卻式變壓器就是一種。例題解析 1.有一理想變壓器，在其原線圈上串接一個(gè)熔斷電流I0=1A的保險(xiǎn)絲A后接到220V交流電源上，副線圈接一個(gè)可變電阻R作負(fù)載，如圖11-17，已知原副線圈匝數(shù)比n1:n2=5:1，為了不使A熔斷，R的取值范圍多大？解：由副線圈工作電壓 U2=44（V）由 當(dāng)I1=I0=1A時(shí)，副線圈上最大工作電流 所以，R的最

5、小值為 即R取值為R>8.8。2.配電站變壓器的原副線圈匝數(shù)比為100:1，在原線圈上加電壓23kV，副線圈通過電阻為2的供電導(dǎo)線向用戶供電，用戶得到的電壓為220V，如圖11-18，求供電線上損耗的功率。解：由題意輸電線上降去電壓 U=U2-U3=230-220=10（V）所以，輸電線上損失功率 P=知識(shí)拓寬 （一）什么是自耦變壓器，什么是互感器，各有什么用處自耦變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只有一組線圈，這個(gè)線圈有一個(gè)或幾個(gè)抽頭，如圖11-19，如果交整個(gè)線圈作原線圈，部分線圈作副線圈，就成了一個(gè)降壓變壓器；反之部分線圈作原線圈，整個(gè)線圈作副線圈，就成一個(gè)升壓變壓器，這種變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)電

6、壓方便，廣泛用作調(diào)壓變壓器?；ジ衅骶褪亲儔浩?，它經(jīng)常用作交流電壓表測(cè)高壓、及交流電流表測(cè)強(qiáng)電流時(shí)的配件，因此又分為電壓互感器和電流互感器兩種，圖11-20(a)為電壓互感器工作原理，它將線路上高壓U1降壓后，由電壓表測(cè)出U2，根據(jù)變壓比，就可算出U1=U2。圖11-20(b)為電流互感器工作原理，它將線路上的強(qiáng)電流I1變小后由電流表測(cè)出I2，再根據(jù)變流比算出I1=I2。為了安全，互感器使用時(shí)，外殼和副線圈必須接地。（二）關(guān)于交流電遠(yuǎn)距離輸電目前尚未解決的問題交流電采用遠(yuǎn)距離高壓輸電，有效地減少了線路電阻的熱耗，但遠(yuǎn)距離輸電線路還存在電感和電容，也對(duì)交流電有阻礙作用，分別叫感抗和容抗。在感抗很大

7、，容抗很小時(shí)，交流電損失也無法估量，甚至使交流電無法輸出去，解決的辦法是采用高壓直流輸電。因?yàn)檩旊娋€路的感抗和容抗對(duì)直流電不起作用，只不過目前的大型發(fā)電機(jī)都是交流發(fā)電機(jī)，要實(shí)現(xiàn)直流輸電，必須同時(shí)有大型換流設(shè)備，制造上有困難，價(jià)格很昂貴，因此暫時(shí)沒有實(shí)行。練習(xí)題 一、選擇題1.理想降壓變壓器原副線圈及其兩側(cè)，不相同的物理量是 （ ）（A）交流電的功率 （B）交流電的頻率（C）磁通量的變化率 （D）交流電的最大值2.一個(gè)理想變壓器，原副線圈匝數(shù)比為2:1，如果將原線圈接在6V電池上，則副線圈兩端電壓為 （ ）（A）12V （B）3V （C）0V （D）V3.如圖11-21所示，原副線圈匝數(shù)分別為n

8、1和n2，原線圈加交流電壓U1，以下說法中正確的是 （ ）（A）K斷開時(shí),MN兩端電壓最大,ON兩端電壓為零（B）K斷開時(shí)，MN兩端電壓為零，ON兩端電壓為U1n1/n2（C）K閉合時(shí)，MN兩端電壓為U1n2/n1（D）K閉合時(shí)，使P下滑，原線圈電流變小4.如圖11-22所示，理想變壓器工作時(shí)，若P上滑，所有電表及輸入功率P1的變化情況正確的是 （ ）（A）V1V2不變，A1增大，A2減小，P1增大（B）V1V2不變，A1A2增大，P1也增大（C）V1V2不變，A1A2減小，P1也減?。―）V1不變，V2增大，A1減小，A2增大，P1減小5.一理想變壓器原線圈接交流電，副線圈加一負(fù)載，下列哪些

9、方法可使輸入功率增大？ （ ）（A）增大負(fù)載 （B）減小負(fù)載（C）減少副線圈匝數(shù) （D）增加原線圈匝數(shù)6.如圖11-23所示，一個(gè)理想變壓器原副線圈匝數(shù)比3:1，副線圈并接三個(gè)同樣的燈，均正常發(fā)光，若在原線圈上也串接一個(gè)相同的燈，則該燈 （ ）（A）正常發(fā)光 （B）比三燈暗（C）會(huì)燒毀 （D）不能確定7.在電能輸送過程中，若輸送電功率一定，則關(guān)于輸電線上損耗的電功率，下列判斷中錯(cuò)誤的是 （ ）（A）隨輸電線電阻的增大而增大 （B）與輸送電壓的平方成正比（C）與輸電線上電壓降平方成正比 （D）與輸電線路中電流平方成正比8.如果將輸電電壓提高k倍，則在辦理電功率相同、辦理電線上功率損失也相同、輸電

10、線材料和長度也相同的情況下，導(dǎo)線的橫截面積可為原來的 ( )（A）K倍 （B） （C）k2倍 （D）二、填空題1.一個(gè)理想變壓器，原線圈接220V交流電壓時(shí)，副線圈的電壓是22V。若將副線圈增加100匝后，它兩端的電壓將增加33V，則這個(gè)變壓器線圈每伏電壓需繞 匝，磁通量的變化率為 Wb/s，每匝上電壓為 V，原線圈有 匝，副線圈原有 匝。2.有一個(gè)正在工作的理想變壓器，原線圈匝數(shù)n1=600匝，電源電壓U1=220V，原線圈上串有一個(gè)0.2A的保險(xiǎn)絲，副線圈匝數(shù)n2=120匝，那么副線圈上電流最大值不得超過 A，負(fù)載功率不得超過 W。3.圖11-24所示，變壓器變壓比為10:1，副線圈上“1

11、2V 6W”的燈正好正常發(fā)光，則圖中伏特表示數(shù)為 V，安培表示數(shù)為 A。4.變壓器原副線圈匝數(shù)比為10：3，副線圈外接一只100電阻，則當(dāng)原線圈接u=100sin100tV交流電壓時(shí)，在一個(gè)周期中，電阻上發(fā)熱量為 J。5.設(shè)交流發(fā)電機(jī)端電壓為220V，輸出功率為110kW，輸電線總電阻為0.3，則直接輸電，線路上損耗功率為 W。若將220V是壓升高到3.3kV輸送，輸電線上損耗功率又為 W。 6.某變電站用220V電壓輸電，導(dǎo)線上損失功率是輸出功率的20%。若要使導(dǎo)線損失功率是輸出功率的5%，則輸出電壓應(yīng)變?yōu)?V。三、計(jì)算題某發(fā)電機(jī)輸出功率為P=100kW，發(fā)電機(jī)端電壓為U=250V，向遠(yuǎn)處輸電線總電阻R=8，要想使輸電線上功率損失不超過輸送功率的5%，用戶又正好能得到220V工作電壓，那么（1）應(yīng)怎樣按裝變壓