變壓器與電能的輸送

1、變壓器與電能的輸送2【教法探析教法探析】一、變壓器原理一、變壓器原理1構(gòu)造和原理構(gòu)造和原理(如圖如圖)(1)主要構(gòu)造：由主要構(gòu)造：由_、_和和_組成組成(2)工作原理：電磁感應(yīng)的工作原理：電磁感應(yīng)的_現(xiàn)象現(xiàn)象原線圈原線圈副線圈副線圈閉合鐵芯閉合鐵芯互感互感輸出功率輸出功率3降壓降壓升壓升壓4幾種常用的變壓器幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器的原、副線圈共用一個線圈，如自耦變壓器的原、副線圈共用一個線圈，如圖甲、乙所示圖甲、乙所示(2)電壓互感器：屬于降壓變壓器，并聯(lián)在電路電壓互感器：屬于降壓變壓器，并聯(lián)在電路中，用于測高電壓，如圖丙所示中，用于測高電壓，如圖丙所示(3)電流互感器：屬于升壓變壓器

2、，串聯(lián)在電路電流互感器：屬于升壓變壓器，串聯(lián)在電路中，用于測大電流，如圖丁所示中，用于測大電流，如圖丁所示4橫截面積橫截面積電阻率電阻率I2R線線5輸電電壓輸電電壓【學(xué)法導(dǎo)引學(xué)法導(dǎo)引】一、理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系一、理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系6基本基本關(guān)系關(guān)系功率功率關(guān)系關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率電壓電壓關(guān)系關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負(fù)載情況、副線圈個原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負(fù)載情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān)數(shù)的多少無關(guān)電流電流關(guān)系關(guān)系只有一個副線圈，電流和匝數(shù)成反比只有一個副線圈，電流和匝數(shù)成反比多個副線圈，由輸入

3、功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系多個副線圈，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率頻率關(guān)系關(guān)系原、副線圈中交流電的頻率相等原、副線圈中交流電的頻率相等制約制約關(guān)系關(guān)系電壓電壓副線圈電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定和匝數(shù)比決定功率功率原線圈的輸入功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率由副線圈的輸出功率P2決定決定電流電流原線圈電流原線圈電流I1由副線圈電流由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定和匝數(shù)比決定7【名師點(diǎn)睛名師點(diǎn)睛】(1)基本關(guān)系中基本關(guān)系中U1、U2、I1、I2均指有效值均指有效值(2)理想變壓器最基本的規(guī)律：一是電壓關(guān)系，對應(yīng)規(guī)律是法拉第電磁理想變壓器最基本的規(guī)

4、律：一是電壓關(guān)系，對應(yīng)規(guī)律是法拉第電磁感應(yīng)定律；二是功率關(guān)系，對應(yīng)規(guī)律是能量守恒定律；而電流關(guān)系是感應(yīng)定律；二是功率關(guān)系，對應(yīng)規(guī)律是能量守恒定律；而電流關(guān)系是以上兩個關(guān)系推導(dǎo)出來的以上兩個關(guān)系推導(dǎo)出來的例例1.如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為如圖所示，一理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為5 1，正弦交，正弦交流電源的內(nèi)阻不計(jì)，電阻流電源的內(nèi)阻不計(jì)，電阻R24 ，其消耗的功率為，其消耗的功率為P2100 W，則則()8AR1消耗的功率為消耗的功率為100 WBR1、R2中的電流之比為中的電流之比為1 5C原線圈兩端電壓的有效值為原線圈兩端電壓的有效值為100 VD交流電源的輸出功率等于變壓

5、器的輸出功率交流電源的輸出功率等于變壓器的輸出功率9二、理想變壓器的動態(tài)分析二、理想變壓器的動態(tài)分析1理想變壓器的幾個因果關(guān)系理想變壓器的幾個因果關(guān)系當(dāng)理想變壓器的匝數(shù)比不變時，如圖所示，各量相互當(dāng)理想變壓器的匝數(shù)比不變時，如圖所示，各量相互關(guān)系如下：關(guān)系如下： 10(2)輸出電流輸出電流I2決定輸入電流決定輸入電流I1.在輸入電壓一定的情況下，輸出電壓在輸入電壓一定的情況下，輸出電壓U2也被完全確定，當(dāng)負(fù)載電阻也被完全確定，當(dāng)負(fù)載電阻R增大時，增大時，I2減小，則減小，則I1相應(yīng)減?。划?dāng)負(fù)載相應(yīng)減?。划?dāng)負(fù)載電阻電阻R減小時，減小時，I2增大，則增大，則I1相應(yīng)增大相應(yīng)增大(3)輸出功率輸出功

6、率P2決定輸入功率決定輸入功率P1.理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等，即即P1P2，在輸入電壓，在輸入電壓U1一定的情況下，當(dāng)負(fù)載電阻一定的情況下，當(dāng)負(fù)載電阻R增大時，增大時，I2減減小，則變壓器的輸出功率小，則變壓器的輸出功率P2I2U2減小，輸入功率減小，輸入功率P1也將相應(yīng)減?。灰矊⑾鄳?yīng)減?。划?dāng)負(fù)載電阻當(dāng)負(fù)載電阻R減小時，減小時，I2增大，變壓器的輸出功率增大，變壓器的輸出功率P2I2U2增大，則輸增大，則輸入功率入功率P1也將增大也將增大2動態(tài)分析問題的思路程序可表示為：動態(tài)分析問題的思路程序可表示為：11【名師點(diǎn)睛名師點(diǎn)睛】(1)對于電源，原線圈

7、相當(dāng)于用電器；對于用電器，副對于電源，原線圈相當(dāng)于用電器；對于用電器，副線圈相當(dāng)于電源線圈相當(dāng)于電源(2)對理想變壓器注意能量守恒定律的應(yīng)用對理想變壓器注意能量守恒定律的應(yīng)用例例2.如圖所示的電路中，變壓器初級線圈匝數(shù)如圖所示的電路中，變壓器初級線圈匝數(shù)n11000匝，次級線圈匝，次級線圈有兩個，匝數(shù)分別為有兩個，匝數(shù)分別為n2500 匝，匝，n3200 匝，分別接一個匝，分別接一個R55 的的電阻，在初級線圈上接入電阻，在初級線圈上接入U(xiǎn)1220 V的交變電流求：的交變電流求：(1)兩次級線圈輸出電功率之比；兩次級線圈輸出電功率之比；(2)初級線圈中的電流初級線圈中的電流12【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)

8、撥】13【題后反思題后反思】對于有兩組以上的副線圈的變壓器，電壓與匝數(shù)對于有兩組以上的副線圈的變壓器，電壓與匝數(shù)成正比關(guān)系仍成立，而電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律不再成立但在成正比關(guān)系仍成立，而電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律不再成立但在任何情況下電流的關(guān)系都可以根據(jù)變壓器的輸入功率等于輸出功任何情況下電流的關(guān)系都可以根據(jù)變壓器的輸入功率等于輸出功率進(jìn)行求解，即率進(jìn)行求解，即U1I1U2I2U3I3，或，或n1I1n2I2n3I3.14三、高壓輸電問題的分析三、高壓輸電問題的分析1對高壓輸電問題，應(yīng)按對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓變壓器升壓變壓器遠(yuǎn)距離輸電線遠(yuǎn)距離輸電線降壓變壓器降壓變壓器用電器用電器”

9、這樣的順序，或從這樣的順序，或從“用電器用電器”倒推到倒推到“發(fā)電發(fā)電機(jī)機(jī)”一步一步進(jìn)行分析一步一步進(jìn)行分析2遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以圖為例以圖為例)：1516例例3.某學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為某學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r1 ，升壓變壓器的，升壓變壓器的匝數(shù)比為匝數(shù)比為1 4，降壓變壓器的匝數(shù)比為，降壓變壓器的匝數(shù)比為4 1，輸電線的總電阻為，輸電線的總電阻為R4 ，全校，全校22個教室，每個教室用個教室，每個教室用“220 V,40 W”的燈泡的燈泡6盞，要盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則求所有燈都正常發(fā)光，則(1)輸電線上損耗的電功率多大？輸

10、電線上損耗的電功率多大？(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？(3)發(fā)電機(jī)的電動勢多大？發(fā)電機(jī)的電動勢多大？17【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】解答本題時可按以下思路分析：解答本題時可按以下思路分析：(1)根據(jù)題意，畫出從發(fā)電機(jī)到教室燈泡之間的傳輸過程，根據(jù)題意，畫出從發(fā)電機(jī)到教室燈泡之間的傳輸過程，如圖所示如圖所示18(2)升壓變壓器的輸出功率為升壓變壓器的輸出功率為P1PRP25424 W而發(fā)電機(jī)輸出功率即為升壓變壓器的輸入功率而發(fā)電機(jī)輸出功率即為升壓變壓器的輸入功率P出出P1P15424 W19(3)降壓變壓器上的輸入電壓降壓變壓器上的輸入電壓U24U2880 V輸電線上的電壓損失為輸電

11、線上的電壓損失為URIRR24 V因此升壓變壓器的輸出電壓為因此升壓變壓器的輸出電壓為U1URU2904 V升壓變壓器的輸入電流為升壓變壓器的輸入電流為I14IR24 A發(fā)電機(jī)的電動勢發(fā)電機(jī)的電動勢EU1I1r226 V241 V250 V【答案答案】(1)144 W(2)5424 W(3)250 V【反思領(lǐng)悟反思領(lǐng)悟】遠(yuǎn)距離高壓輸電中的物理量較多，在解決此類問題遠(yuǎn)距離高壓輸電中的物理量較多，在解決此類問題時應(yīng)先畫出輸電電路圖，規(guī)定好所用的字母，理解各物理量間的關(guān)時應(yīng)先畫出輸電電路圖，規(guī)定好所用的字母，理解各物理量間的關(guān)系，特別值得注意的是升壓變壓器副線圈的電流和降壓變壓器的電系，特別值得注意

12、的是升壓變壓器副線圈的電流和降壓變壓器的電流是相等的，但升壓變壓器副線圈的電壓和降壓變壓器的電壓是流是相等的，但升壓變壓器副線圈的電壓和降壓變壓器的電壓是20不等的，計(jì)算導(dǎo)線的電阻時長度應(yīng)是雙距離的長度等在求解輸電不等的，計(jì)算導(dǎo)線的電阻時長度應(yīng)是雙距離的長度等在求解輸電線路上損失的電功率時，一般由線路上損失的電功率時，一般由P損損IR線來求雖然也可用線來求雖然也可用P損損求解，但必須弄明白求解，但必須弄明白U一定是輸電線路上電阻一定是輸電線路上電阻R所對應(yīng)的電壓降，所對應(yīng)的電壓降，U絕不是輸電電壓絕不是輸電電壓【模擬練習(xí)模擬練習(xí)】1某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為某變壓器原、副線圈匝數(shù)比為55 9，

13、原線圈所接電源電壓按如圖，原線圈所接電源電壓按如圖所示規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載下列判斷正確的是所示規(guī)律變化，副線圈接有負(fù)載下列判斷正確的是( D)A輸出電壓的最大值為輸出電壓的最大值為36 VB原、副線圈中電流之比為原、副線圈中電流之比為55 9C變壓器輸入、輸出功率之比為變壓器輸入、輸出功率之比為55 9D交流電源有效值為交流電源有效值為220 V，頻率為，頻率為50 Hz212為了減少輸電線路中電力損失，發(fā)電廠發(fā)出的電通常是經(jīng)過升壓變電站升壓后通過遠(yuǎn)距離輸送，再經(jīng)過降壓變電站將高壓變?yōu)榈蛪耗辰祲鹤冸娬緦㈦妷篣011000sin100t(V)的交流電降為220 V供居民小區(qū)用電，則變電站變壓器(AB)A原、副線圈匝數(shù)比為50 1B副線圈中電流的頻率是50 HzC原線圈的導(dǎo)線比副線圈的要粗D輸入原線圈的電流等于居民小區(qū)各用電器電流的總和3鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖(a)所示圖(a)中電流表的讀數(shù)為1.2 A，圖(b)中用同一電纜線繞了3匝，則(C)223如圖所示，一理想變壓器的原線圈接在電壓為220 V的正弦交流電源上，兩副線圈匝數(shù)分別為n216匝、n3144匝，通過理想二極管、單刀雙擲開關(guān)