變壓器 電能的輸送.ppt

1、一、變壓器 1.變壓器的構(gòu)造:如圖1所示,變壓器是由 和繞在鐵芯上的 組成的.,第2課時(shí) 變壓器 電能的輸送,考點(diǎn)自清,閉合鐵芯,兩個(gè)線圈,圖1,(1)原線圈:與交流電源連接的線圈,也叫 線圈. (2)副線圈:與 連接的線圈,也叫 線圈. 2.變壓器的原理:電流通過(guò)原線圈時(shí)在鐵芯中激發(fā)磁場(chǎng),由于電流的 、 在不斷變化,鐵芯中的磁場(chǎng)也在不斷變化.變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生 ,所以盡管兩個(gè)線圈之間沒(méi)有導(dǎo)線相連,副線圈也能夠輸出電流. 是變壓器工作的基礎(chǔ). 3.理想變壓器:沒(méi)有 的變壓器,即 功率等于 功率.,初級(jí),負(fù)載,次級(jí),大小,方向,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),互感現(xiàn)象,能量損失,輸入,輸出,4.基本關(guān)系式 (

2、1)功率關(guān)系: . (2)電壓關(guān)系: ;有多個(gè)副線圈時(shí), = (3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí), . 由P入=P出及P=UI推出有多個(gè)副線圈時(shí),U1I1= .,P入=P出,U2I2+U3I3+UnIn,5.幾種常用的變壓器 (1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器 (2)互感器 交流與思考:變壓器能否改變恒定電流的電壓?能否改變交流電的頻率? 提示:(1)變壓器不能改變恒定電流的電壓.由變壓 器的原理可知恒定電流通過(guò)原線圈時(shí)不能產(chǎn)生變 化的磁場(chǎng),副線圈中的鐵芯中的磁通量就不會(huì)變化, 副線圈中就不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). (2)變壓器也不能改變交流電的頻率,因?yàn)樵?、副線圈中磁通量的變化情況相同.,電壓互感器:用來(lái)把

3、變成 . 電流互感器:用來(lái)把 變成 .,高電壓,低電壓,大電流,小電流,二、電能的輸送 1.輸電導(dǎo)線上的能量損失:主要是由輸電線的電阻 發(fā)熱產(chǎn)生的,表達(dá)式為 . 2.降低輸電損耗的兩個(gè)途徑 (1)減小輸電線的電阻.由電阻定律R= 可知, 在輸電距離一定的情況下,為減小電阻,應(yīng)采用 電阻率小的材料,也可增加導(dǎo)線的橫截面積. (2)減小輸電導(dǎo)線中的輸電電流.由P=UI可知, 當(dāng)輸送功率一定時(shí),提高輸電的電壓,可以減小 輸電電流. 這兩種方法中,適用于遠(yuǎn)距離輸電的是 ,即利用 .,Q=I2Rt,減小輸,電電流,高壓輸電,3.高壓輸電的原理 由輸送功率P=UI,其中U為 ,I為 ,因而當(dāng)輸送功率一定時(shí)

4、,可以提高 ,以減小 ,則線路上的功率損耗 P損=I2R可大幅度減小,這是行之有效的辦法.,輸送電壓,輸送,電流,輸送電,壓U,輸送電流I,熱點(diǎn) 理想變壓器的原、副線圈基本量的關(guān)系,熱點(diǎn)聚焦,交流與思考:原、副線圈的電流一定滿足 嗎? 副線圈中的負(fù)載越大,說(shuō)明負(fù)載電阻如何變化?變壓器 的輸入功率如何變化? 提示:當(dāng)變壓器只有一個(gè)副線圈工作時(shí),才有 . 負(fù)載表示副線圈所接的用電器的實(shí)際功率.實(shí)際上,R 越大,負(fù)載越小,輸入功率越小;R越小,負(fù)載越大,輸入 功率越大.,特別提示 1.對(duì)于電源,原線圈相當(dāng)于用電器;對(duì)于用電器,副線 圈相當(dāng)于電源. 2.對(duì)理想變壓器應(yīng)注意能量守恒定律的應(yīng)用. 3.經(jīng)常

5、應(yīng)用的變壓公式是根據(jù)“口”字型變壓器推 出的,應(yīng)用時(shí)要注意給出的變壓器是否為“口”字型 變壓器,若不是,應(yīng)根據(jù)變壓器原理推導(dǎo)各物理量的關(guān)系.,題型1 理想變壓器基本公式的應(yīng)用 【例1】 一臺(tái)理想變壓器,其原 線圈2 200匝,副線圈440匝, 并接一個(gè)100 的負(fù)載電 如圖2所示. (1)當(dāng)原線圈接在44 V直流電源上時(shí),電壓表示數(shù)為多少?電流表示數(shù)為多少? (2)當(dāng)原線圈接在220 V交流電源上時(shí),電壓表示數(shù)為多少?電流表示數(shù)為多少?此時(shí)輸入功率為多大?變壓器效率為多大?,題型探究,圖2,思路點(diǎn)撥 (1)變壓器的工作原理是什么? (2)電壓、電流和功率三個(gè)參量,變壓器可以改變哪些?,解析 (

6、1)原線圈接在直流電源上時(shí),由于原線圈中的電流恒定,所以穿過(guò)原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化,副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),故電壓表示數(shù)為零,電流表示數(shù)也為零.,(2)由 得 U2=U1 =220 V=44 V(電壓表讀數(shù)) I2= A=0.44 A(電流表讀數(shù)) P入=P出=I2U2=0.4444 W=19.36 W 效率=100% 答案 (1)0 0 (2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%,規(guī)律總結(jié) 對(duì)于有兩組以上副線圈的變壓器,電壓與匝數(shù)成正比關(guān)系成立,而電流與匝數(shù)成反比的規(guī)律不成立.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率進(jìn)行求解.即U1I1=U2I2+

7、U3I3+或I1n1=I2n2+I3n3+.,題型2 理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 【例2】如圖3所示電路中的 變壓器為理想變壓器,S為 單刀雙擲開(kāi)關(guān),P是滑動(dòng)變 阻器R的滑動(dòng)觸頭,U1為加 在原線圈兩端的交變電壓,I1、I2分別為原線圈和副線圈中的電流,下列說(shuō)法正確的是() A.保持P的位置及U1不變,S由b切換到a,則R上消耗 的功率減小 B.保持P的位置及U1不變,S由a切換到b,則I2減小 C.保持P的位置及U1不變,S由b切換到a,則I1增大 D.保持U1不變,S接在b端,將P向上滑動(dòng),則I1減小,圖3,思維導(dǎo)圖 U1U2I2 I1 P1 解析 保持P的位置及U1不變,S由b切換到a,副線圈

8、匝數(shù)變多,由 知U2變大,I2= 變大,R上消耗的功率增大,故A錯(cuò);又由于 ,I1也變大,故C正確;S由a切換到b,副線圈匝數(shù)變少,由 知U2變小,I1U1=I2U2,P1=I1U1,I2= 變小,故B正確;在保持U1不變,S接在b端,P向上滑動(dòng),R變小,I2= 變大,I1變大,故D錯(cuò),故選B、C. 答案 BC,解決此類問(wèn)題需注意以下兩點(diǎn): (1)抓住變量與不變量 原線圈的電壓U1是不變的,其值由電源決定,與n1、n2無(wú)關(guān).當(dāng)滑片靜止不動(dòng)時(shí),負(fù)載電阻不變. (2)搞清各物理量之間的相互制約關(guān)系 U2由U1和匝數(shù)比決定;I1由I2和匝數(shù)比決定;P1由P2決定.,方法提煉,變式練習(xí)1 如圖4所示,

9、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(),圖4,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 解析 因?yàn)閁1不變,由 可得U2不變,斷開(kāi)S后副線圈所在電路電阻R變大,由I2= 可知電流I2減小.由U1I1=U2I2得I1= ,故I1減小.電阻R3兩端電壓U3=U2-I2R1,故U3變大,I3= 變大,綜合以上可知B、C正確,A、D錯(cuò)誤. 答案

10、BC,題型3 遠(yuǎn)距離輸電 【例3】 某電廠要將電能輸送到較遠(yuǎn)的用戶,輸送的總功率為9.8104 W,電廠輸出電壓僅為350 V,為減少輸送功率損失,先用一升壓變壓器將電壓升高再輸出.已知輸電線路的總電阻為4 ,允許損失的功率為輸送功率的5%,所需電壓為220 V,求升壓、降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比各是多少? 思路點(diǎn)撥 畫(huà)出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,標(biāo)出相關(guān)的物理量,找尋需要的計(jì)算公式.,解析 根據(jù)題意,畫(huà)出輸電線路圖如下圖所示. 由電路中損失功率P損=P總5%=I22R得輸電線路中電流為I2=35 A. 升壓變壓器輸出電壓U2=2.8103 V 根據(jù)理想變壓器電壓比公式得,升壓變壓器的原、副線圈

11、匝數(shù)比為 降壓變壓器輸入功率為,P3=P總-P損=P總-5%P總=95%P總=9.31104 W 所以降壓變壓器的初級(jí)電壓為U3= =2 660 V 所以降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為 答案 18 121,1.有關(guān)遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題,應(yīng)先畫(huà)出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,并將已知量和待求量寫在示意圖的相應(yīng)位置. 2.抓住輸電的兩端電源和用電器;分析一條線輸電線;研究?jī)纱坞妷鹤儞Q升壓和降壓. 3.以變壓器為界將整個(gè)輸電電路劃分為幾個(gè)獨(dú)立回路,各回路分別用歐姆定律,串、并聯(lián)的特點(diǎn)及電功、電功率等公式進(jìn)行計(jì)算、聯(lián)系各回路的是原、副線圈電壓、電流與匝數(shù)的關(guān)系及輸入功率等于輸出功率的關(guān)系.,方法提煉,變式練習(xí)2 有條

12、河,流量Q=2 m3/s,落差h=5 m,現(xiàn)利用其發(fā)電,若發(fā)電機(jī)總效率為50%,輸出電壓為240 V, 輸電線總電阻R=30 ,允許損失功率為輸出功率的6%,為滿足用電的需求,則該輸電線路所使用的理想的升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少?能使多少盞“220 V, 100 W”的電燈正常發(fā)光?(g取10 m/s2),解析 設(shè)為水的密度 電源端:P輸出= 50%=Qgh0.5=2110310 50.5 W=5104 W(4分),輸出電壓U0=240 V,輸送電路如下圖所示 為滿足輸電要求,據(jù)P損=I送2R,有 I送= A =10 A(4分) 則送電電壓為U送= V=5103 V(2分) 所以升壓變壓

13、器的匝數(shù)比為,n1n2=U0U送=240(5103)=6125(2分) 輸電線電壓損失U損=I送R=1030 V=300 V(3分) 用戶端:U1=U送-U損=5103 V-300 V=4 700 V (3分) 據(jù)題意可知,U2=220 V,所以降壓變壓器的匝數(shù)比為 n1n2=U1U2=4 700220=23511(2分) 因?yàn)槔硐胱儔浩鳑](méi)有能量損失,可正常發(fā)光的電燈盞數(shù)為 N=盞=470盞(2分) 答案 6125 23511 470盞,素能提升,1.如圖5所示的理想變壓器原、 副線圈匝數(shù)比n1n2=41, 原線圈兩端連接光滑導(dǎo)軌, 副線圈與電阻R相連組成閉 合回路.當(dāng)直導(dǎo)線AB在垂直 于導(dǎo)軌

14、平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌勻速向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),電流表A1的讀數(shù)為12 mA,則電流表A2的讀數(shù)為 ( ) A.0B.3 mA C.48 mAD.與R大小有關(guān),圖5,解析 直導(dǎo)線AB在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),由E=BLv可知,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流都是恒定的,在原線圈中產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是恒定的,原、副線圈中的磁通量都不發(fā)生變化,因此,副線圈中無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生,正確的選項(xiàng)為A. 答案 A,2.理想變壓器原線圈兩端電壓不變,當(dāng)副線圈電路中的電阻減小時(shí),以下說(shuō)法正確的是() A.輸出電流增大,輸入電流減小 B.輸出電流增大,輸入電流也隨著增大 C.輸出電壓保持不變 D.輸出功率和輸入功率都增大 解析

15、原線圈兩端電壓不變,原副線圈匝數(shù)比不變,所以副線圈兩端電壓U2不變,C正確;副線圈電路中電阻減小時(shí),輸出電流I2增大,所以輸入電流增大,B對(duì);P出=U2I2增大,故P入=P出也增大,D項(xiàng)正確.,BCD,3.關(guān)于高壓輸電下列說(shuō)法正確的是() A.從發(fā)電站到輸電線路需要升壓變壓器 B.從發(fā)電站到輸電線路需要降壓變壓器 C.高壓輸電是為了增大輸電電流 D.高壓輸電是為了減小輸電電流 解析 高壓輸電輸送總功率一定,為了減小輸電線路上功率損失,需要減小輸電線上的電流,從發(fā)電站到輸電線路是用升壓變壓器升高電壓,故A、D正確.,AD,4.某理想變壓器的原線圈接一交流電,副線圈接如圖6所示電路,電鍵S原來(lái)閉合

16、,且R1=R2.現(xiàn)將S斷開(kāi),那么交流電壓表的示數(shù)U、交流電流表的示數(shù)I、電阻R1上的功率P1及該變壓器原線圈的輸入功率P的變化情況分別是() A.U增大B.I增大 C.P1減小D.P增大,圖6,解析 將副線圈看作電源,其輸出電壓不變,電鍵S斷開(kāi),電壓表的示數(shù)必增大,A正確;S斷開(kāi),副線圈電流I減小,由 知電流表的示數(shù)I減小,B錯(cuò)誤;由P1= 知電阻R1上的功率P1增大,C錯(cuò)誤;由P=U原I,知變壓器原線圈的輸入功率P減小,D錯(cuò)誤. 答案 A,5.某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為559,原線圈 所接電源電壓按圖7所示規(guī)律變化,副線圈接有一燈 泡,此時(shí)燈泡消耗的功率為40 W,則下列判斷正確的 是

17、() A.副線圈兩端輸出的電壓為36 V B.原線圈中電流表的示數(shù)約為0.18 A C.變壓器的輸入、輸出功率之比為559 D.原線圈兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=220sin 100t V,圖7,解析 根據(jù)變壓器的原、副線圈的電壓之比等于 匝數(shù)之比,故副線圈兩端輸出的電壓為U2= U1= 36 V,A錯(cuò);根據(jù)理想變壓器知P1=P2,故有I1= 0.18 A,B正確,C錯(cuò);原線圈兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=220 sin 100t V,D錯(cuò). 答案 B,6.發(fā)電機(jī)的端電壓220 V,輸出電功率44 kW,輸電導(dǎo)線的電阻為0.2 ,如果用初、次級(jí)匝數(shù)之比為110的升壓變壓器升壓,經(jīng)輸電線后,再用初

18、、次級(jí)匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶. (1)畫(huà)出全過(guò)程的線路示意圖. (2)求用戶得到的電壓和功率. (3)若不經(jīng)過(guò)變壓而直接送到用戶,求用戶得到的電壓和功率.,解析 (1)示意圖如下圖所示 (2)升壓變壓器次級(jí)的輸出電壓 U2= U1= 220 V=2 200 V 據(jù)升壓變壓器輸出電功率等于輸入電功率知,升壓變壓器次級(jí)輸出電流,I2= A=20 A 輸電線路上的電壓損失和功率損失分別為 UR=I2R=200.2 V=4 V PR=I22R=2020.2 W=80 W 加到降壓變壓器初級(jí)上的輸入電流和電壓為,I3=I2=20 A U3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V 降壓變壓器次級(jí)的輸出電壓和電流為 U4= U3=