《变压器电能的输送》PPT课件.ppt

一 、 变 压 器1.变 压 器 的 构 造 :如 图 1所 示 ,变 压 器 是 由 和绕 在 铁 芯 上 的 组 成 的 .第 2课 时 变 压 器 电 能 的 输 送考 点 自 清 闭 合 铁 芯两 个 线 圈图 1 (1)原 线 圈 :与 交 流 电 源 连 接 的 线 圈 ,也 叫 线 圈 .(2)副 线 圈 :与 连 接 的 线 圈 ,也 叫 线 圈 .2.变 压 器 的 原 理 :电 流 通 过 原 线 圈 时 在 铁 芯 中 激 发 磁场 ,由 于 电 流 的 、 在 不 断 变 化 ,铁 芯 中 的磁 场 也 在 不 断 变 化 .变 化 的 磁 场 在 副 线 圈 中 产 生 ,所 以 尽 管 两 个 线 圈 之 间 没 有 导 线 相 连 ,副 线 圈 也 能 够 输 出 电 流 . 是 变 压 器 工 作 的基 础 .3.理 想 变 压 器 :没 有 的 变 压 器 ,即 功 率等 于 功 率 . 初 级负 载 次 级大 小 方 向感 应 电 动 势 互 感 现 象能 量 损 失 输 入输 出 4.基 本 关 系 式(1)功 率 关 系 : .(2)电 压 关 系 : ;有 多 个 副 线 圈 时 , = (3)电 流 关 系 :只 有 一 个 副 线 圈 时 , .由 P入 =P出 及 P=UI推 出 有 多 个 副 线 圈 时 ,U1I1= .P入 =P出2211 nUnU 11nU 3322 nUnU 1221 nnII U 2I2+U3I3+ +UnIn 5.几 种 常 用 的 变 压 器(1)自 耦 变 压 器 调 压 变 压 器(2)互 感 器交 流 与 思 考 :变 压 器 能 否 改 变 恒 定 电 流 的 电 压 ?能 否 改变 交 流 电 的 频 率 ?提 示 :(1)变 压 器 不 能 改 变 恒 定 电 流 的 电 压 .由 变 压器 的 原 理 可 知 恒 定 电 流 通 过 原 线 圈 时 不 能 产 生 变化 的 磁 场 ,副 线 圈 中 的 铁 芯 中 的 磁 通 量 就 不 会 变 化 ,副 线 圈 中 就 不 会 有 感 应 电 动 势 .(2)变 压 器 也 不 能 改 变 交 流 电 的 频 率 ,因 为 原 、 副 线 圈 中 磁 通 量 的 变 化 情 况 相 同 .电 压 互 感 器 :用 来 把 变 成 .电 流 互 感 器 :用 来 把 变 成 .高 电 压 低 电 压大 电 流 小 电 流 二 、 电 能 的 输 送1.输 电 导 线 上 的 能 量 损 失 :主 要 是 由 输 电 线 的 电 阻发 热 产 生 的 ,表 达 式 为 .2.降 低 输 电 损 耗 的 两 个 途 径(1)减 小 输 电 线 的 电 阻 .由 电 阻 定 律 R= 可 知 ,在 输 电 距 离 一 定 的 情 况 下 ,为 减 小 电 阻 ,应 采 用电 阻 率 小 的 材 料 ,也 可 增 加 导 线 的 横 截 面 积 .(2)减 小 输 电 导 线 中 的 输 电 电 流 .由 P=UI可 知 ,当 输 送 功 率 一 定 时 ,提 高 输 电 的 电 压 ,可 以 减 小输 电 电 流 .这 两 种 方 法 中 ,适 用 于 远 距 离 输 电 的 是 ,即 利 用 .Q=I2Rt Sl减 小 输电 电 流 高 压 输 电 3.高 压 输 电 的 原 理由 输 送 功 率 P=UI,其 中 U为 ,I为 ,因 而 当 输 送 功 率 一 定 时 ,可 以 提 高 ,以 减 小 ,则 线 路 上 的 功 率损 耗P损 =I2R可 大 幅 度 减 小 ,这 是 行 之 有 效 的 办 法 . 输 送 电 压 输 送电 流 输 送 电压 U 输 送 电 流 I 热 点 理 想 变 压 器 的 原 、 副 线 圈 基 本 量 的 关 系热 点 聚 焦基本关系 功 率关 系 原 线 圈 的 输 入 功 率 等 于 副 线 圈 的 输出 功 率 电 压关 系 原 、 副 线 圈 的 电 压 比 等 于 匝 数 比 ,与负 载 情 况 、 副 线 圈 个 数 的 多 少 无 关 电 流关 系 只 有 一 个 副 线 圈 ,电 流 和 匝 数 成 反 比 ;多 个 副 线 圈 ,由 输 入 功 率 和 输 出 功 率相 等 确 定 电 流 关 系频 率关 系 原 、 副 线 圈 中 电 流 的 频 率 相 等 制约关系 电 压 副 线 圈 的 电 压 U2由 原 线 圈 的 电压 U1和 匝 数 比 决 定 功 率 原 线 圈 的 输 入 功 率 P1由 副 线圈 的 输 出 功 率 P2决 定 电 流 原 线 圈 的 电 流 I1由 副 线 圈 的 电流 I2和 匝 数 比 决 定 交 流 与 思 考 :原 、 副 线 圈 的 电 流 一 定 满 足 吗 ?副 线 圈 中 的 负 载 越 大 ,说 明 负 载 电 阻 如 何 变 化 ?变 压 器的 输 入 功 率 如 何 变 化 ?提 示 :当 变 压 器 只 有 一 个 副 线 圈 工 作 时 ,才 有 .负 载 表 示 副 线 圈 所 接 的 用 电 器 的 实 际 功 率 .实 际 上 ,R越 大 ,负 载 越 小 ,输 入 功 率 越 小 ;R越 小 ,负 载 越 大 ,输 入功 率 越 大 . 1221 nnII 1221 nnII 特 别 提 示1.对 于 电 源 ,原 线 圈 相 当 于 用 电 器 ;对 于 用 电 器 ,副 线圈 相 当 于 电 源 .2.对 理 想 变 压 器 应 注 意 能 量 守 恒 定 律 的 应 用 .3.经 常 应 用 的 变 压 公 式 是 根 据 “ 口 ” 字 型 变 压 器 推出 的 ,应 用 时 要 注 意 给 出 的 变 压 器 是 否 为 “ 口 ” 字 型变 压 器 ,若 不 是 ,应 根 据 变 压 器 原 理 推 导 各 物 理 量 的 关 系 . 题 型 1 理 想 变 压 器 基 本 公 式 的 应 用【 例 1】 一 台 理 想 变 压 器 ,其 原线 圈 2 200匝 ,副 线 圈 440匝 ,并 接 一 个 100 的 负 载 电如 图 2所 示 .(1)当 原 线 圈 接 在 44 V直 流 电 源 上 时 ,电 压 表 示 数 为多 少 ?电 流 表 示 数 为 多 少 ?(2)当 原 线 圈 接 在 220 V交 流 电 源 上 时 ,电 压 表 示 数为 多 少 ?电 流 表 示 数 为 多 少 ?此 时 输 入 功 率 为 多 大 ?变 压 器 效 率 为 多 大 ?题 型 探 究 图 2 思 路 点 拨 (1)变 压 器 的 工 作 原 理 是 什 么 ?(2)电 压 、 电 流 和 功 率 三 个 参 量 ,变 压 器 可 以 改变 哪 些 ?解 析 (1)原 线 圈 接 在 直 流 电 源 上 时 ,由 于 原 线 圈 中 的电 流 恒 定 ,所 以 穿 过 原 、 副 线 圈 的 磁 通 量 不 发 生 变 化 ,副 线 圈 两 端 不 产 生 感 应 电 动 势 ,故 电 压 表 示 数 为 零 ,电流 表 示 数 也 为 零 . (2)由 得U2=U1 =220 V=44 V(电 压 表 读 数 )I2= A=0.44 A(电 流 表 读 数 )P入 =P出 =I2U2=0.44 44 W=19.36 W效 率 =100%答 案 (1)0 0 (2)44 V 0.44 A 19.36 W 100%1212 nnUU 12nn 2002440100442 RU 规 律 总 结对 于 有 两 组 以 上 副 线 圈 的 变 压 器 ,电 压 与 匝 数 成 正 比 关系 成 立 ,而 电 流 与 匝 数 成 反 比 的 规 律 不 成 立 .但 在 任 何情 况 下 电 流 的 关 系 都 可 以 根 据 变 压 器 的 输 入 功 率 等 于输 出 功 率 进 行 求 解 .即 U1I1=U2I2+U3I3+或I1n1=I2n2+I3n3+. 题 型 2 理 想 变 压 器 的 动 态 分 析【 例 2】 如 图 3所 示 电 路 中 的变 压 器 为 理 想 变 压 器 ,S为单 刀 双 掷 开 关 ,P是 滑 动 变阻 器 R的 滑 动 触 头 ,U1为 加在 原 线 圈 两 端 的 交 变 电 压 ,I1、 I2分 别 为 原 线 圈 和 副线 圈 中 的 电 流 ,下 列 说 法 正 确 的 是 ( )A.保 持 P的 位 置 及 U 1不 变 ,S由 b切 换 到 a,则 R上 消 耗 的 功 率 减 小B.保 持 P的 位 置 及 U1不 变 ,S由 a切 换 到 b,则 I2减 小C.保 持 P的 位 置 及 U1不 变 ,S由 b切 换 到 a,则 I1增 大D.保 持 U1不 变 ,S接 在 b端 ,将 P向 上 滑 动 ,则 I1减 小图 3 思 维 导 图 U1 U2 I2 I1 P1解 析 保 持 P的 位 置 及 U1不 变 ,S由 b切 换 到 a,副 线 圈 匝数 变 多 ,由 知 U2变 大 ,I2= 变 大 ,R上 消 耗 的 功率 增 大 ,故 A错 ;又 由 于 ,I1也 变 大 ,故 C正 确 ;S由 a切 换 到 b,副 线 圈 匝 数 变 少 ,由 知 U 2变 小 , 2121 nnUU RUI 22 I1U1=I2U2 P1=I1U12121 nnUU RU22121 nnII 2121 nnUU I2= 变 小 ,故 B正 确 ;在 保 持 U1不 变 ,S接 在 b端 ,P向 上滑 动 ,R变 小 ,I2= 变 大 ,I1变 大 ,故 D错 ,故 选 B、 C.答 案 BCRU2 RU2解 决 此 类 问 题 需 注 意 以 下 两 点 :(1)抓 住 变 量 与 不 变 量原 线 圈 的 电 压 U 1是 不 变 的 ,其 值 由 电 源 决 定 ,与 n1、 n2无关 .当 滑 片 静 止 不 动 时 ,负 载 电 阻 不 变 .(2)搞 清 各 物 理 量 之 间 的 相 互 制 约 关 系U2由 U1和 匝 数 比 决 定 ;I1由 I2和 匝 数 比 决 定 ;P1由 P2决 定 .方 法 提 炼 变 式 练 习 1 如 图 4所 示 ,一 理 想 变 压 器 原 线 圈 接 入 一 交流 电 源 ,副 线 圈 电 路 中 R1、 R2、 R3和 R4均 为 固 定 电 阻 ,开关 S是 闭 合 的 .V1和 V2为 理 想 电 压 表 ,读 数 分 别 为 U1和U2;A1、 A2和 A3为 理 想 电 流 表 ,读 数 分 别 为 I1、 I2和 I3.现断 开 S,U1数 值 不 变 ,下 列 推 断 中 正 确 的 是 ( )图 4 A.U2变 小 、 I3变 小 B.U2不 变 、 I3变 大C.I1变 小 、 I2变 小 D.I1变 大 、 I2变 大解 析 因 为 U1不 变 ,由 可 得 U2不 变 ,断 开 S后 副线 圈 所 在 电 路 电 阻 R变 大 ,由 I2= 可 知 电 流 I2减 小 .由U1I1=U2I2得 I1= ,故 I1减 小 .电 阻 R3两 端 电 压 U3=U2-I2R1,故 U3变 大 ,I3= 变 大 ,综 合 以 上 可 知 B、 C正 确 ,A、D错 误 .答 案 BC 2121 nnUU RU122UIU 33RU 题 型 3 远 距 离 输 电【 例 3】 某 电 厂 要 将 电 能 输 送 到 较 远 的 用 户 ,输 送 的 总功 率 为 9.8 104 W,电 厂 输 出 电 压 仅 为 350 V,为 减 少输 送 功 率 损 失 ,先 用 一 升 压 变 压 器 将 电 压 升 高 再 输 出 .已 知 输 电 线 路 的 总 电 阻 为 4 ,允 许 损 失 的 功 率 为 输送 功 率 的 5%,所 需 电 压 为 220 V,求 升 压 、 降 压 变 压 器的 原 、 副 线 圈 的 匝 数 比 各 是 多 少 ?思 路 点 拨 画 出 远 距 离 输 电 的 示 意 图 ,标 出 相 关 的 物理 量 ,找 寻 需 要 的 计 算 公 式 . 解 析 根 据 题 意 ,画 出 输 电 线 路 图 如 下 图 所 示 .由 电 路 中 损 失 功 率 P损 =P总 5%=I22R得 输 电 线 路 中 电 流为 I2= =35 A.升 压 变 压 器 输 出 电 压 U2= =2.8 103 V根 据 理 想 变 压 器 电 压 比 公 式 得 ,升 压 变 压 器 的 原 、 副 线圈 匝 数 比 为降 压 变 压 器 输 入 功 率 为RP总%5 2IP总 81108.2 350 32121 UUnn P3=P总 -P损 =P总 -5%P总 =95%P总 =9.31 104 W所 以 降 压 变 压 器 的 初 级 电 压 为 U3= =2 660 V所 以 降 压 变 压 器 的 原 、 副 线 圈 匝 数 比 为答 案 1 8 12 1 33IP11222066024343 UUnn 1.有 关 远 距 离 输 电 问 题 ,应 先 画 出 远 距 离 输 电 的示 意 图 ,并 将 已 知 量 和 待 求 量 写 在 示 意 图 的 相 应位 置 .2.抓 住 输 电 的 两 端 电 源 和 用 电 器 ;分 析 一 条线 输 电 线 ;研 究 两 次 电 压 变 换 升 压 和 降压 .3.以 变 压 器 为 界 将 整 个 输 电 电 路 划 分 为 几 个 独 立回 路 ,各 回 路 分 别 用 欧 姆 定 律 ,串 、 并 联 的 特 点 及电 功 、 电 功 率 等 公 式 进 行 计 算 、 联 系 各 回 路 的 是原 、 副 线 圈 电 压 、 电 流 与 匝 数 的 关 系 及 输 入 功 率等 于 输 出 功 率 的 关 系 . 方 法 提 炼 变 式 练 习 2 有 条 河 ,流 量 Q=2 m3/s,落 差 h=5 m,现 利用 其 发 电 ,若 发 电 机 总 效 率 为 50%,输 出 电 压 为 240 V,输 电 线 总 电 阻 R=30 ,允 许 损 失 功 率 为 输 出 功 率 的 6%,为 满 足 用 电 的 需 求 ,则 该 输 电 线 路 所 使 用 的 理 想 的 升 压 、降 压 变 压 器 的 匝 数 比 各 是 多 少 ?能 使 多 少 盏 “ 220 V,100 W” 的 电 灯 正 常 发 光 ?(g取 10 m/s2)解 析 设 为 水 的 密 度电 源 端 :P 输 出 = 50%=Q gh 0.5=2 1 103 105 0.5 W=5 104 W (4分 )tmgh 输 出 电 压 U0=240 V,输 送 电 路 如 下 图 所 示为 满 足 输 电 要 求 ,据 P损 =I送 2R,有I送 = A=10 A (4分 )则 送 电 电 压 为 U 送 = V=5 103 V (2分 )所 以 升 压 变 压 器 的 匝 数 比 为 30 06.0105%6 4 RPRP 输 出损 10105 4送输 送IP n1 n2=U0 U送 =240 (5 103)=6 125 (2分 )输 电 线 电 压 损 失 U损 =I送 R=10 30 V=300 V (3分 )用 户 端 :U1=U送 - U损 =5 103 V-300 V=4 700 V (3分 )据 题 意 可 知 ,U2=220 V,所 以 降 压 变 压 器 的 匝 数 比 为n1 n2 =U1 U2=4 700 220=235 11 (2分 )因 为 理 想 变 压 器 没 有 能 量 损 失 ,可 正 常 发 光 的 电 灯 盏 数为N= 盏 =470盏 (2分 )答 案 6 125 235 11 470盏100 06.0105105 44 灯 损输 P PP 素 能 提 升1.如 图 5所 示 的 理 想 变 压 器 原 、副 线 圈 匝 数 比 n1 n2=4 1,原 线 圈 两 端 连 接 光 滑 导 轨 ,副 线 圈 与 电 阻 R相 连 组 成 闭合 回 路 .当 直 导 线 AB在 垂 直于 导 轨 平 面 的 匀 强 磁 场 中 沿 导 轨 匀 速 向 右 做 切 割 磁感 线 运 动 时 ,电 流 表 A 1的 读 数 为 12 mA,则 电 流 表 A2的读 数 为 ( )A.0 B.3 mAC.48 mA D.与 R大 小 有 关图 5 解 析 直 导 线 AB在 匀 强 磁 场 中 匀 速 运 动 时 ,由 E=BLv可 知 ,产 生 的 感 应 电 动 势 和 感 应 电 流 都 是 恒 定 的 ,在原 线 圈 中 产 生 的 磁 场 也 是 恒 定 的 ,原 、 副 线 圈 中 的 磁通 量 都 不 发 生 变 化 ,因 此 ,副 线 圈 中 无 感 应 电 流 产 生 ,正 确 的 选 项 为 A.答 案 A 2.理 想 变 压 器 原 线 圈 两 端 电 压 不 变 ,当 副 线 圈 电 路 中 的电 阻 减 小 时 ,以 下 说 法 正 确 的 是 ( )A.输 出 电 流 增 大 ,输 入 电 流 减 小B.输 出 电 流 增 大 ,输 入 电 流 也 随 着 增 大C.输 出 电 压 保 持 不 变D.输 出 功 率 和 输 入 功 率 都 增 大解 析 原 线 圈 两 端 电 压 不 变 ,原 副 线 圈 匝 数 比 不 变 ,所 以 副 线 圈 两 端 电 压 U 2不 变 ,C正 确 ;副 线 圈 电 路 中 电阻 减 小 时 ,输 出 电 流 I2增 大 ,所 以 输 入 电 流 增 大 ,B对 ;P出 =U2I2增 大 ,故 P入 =P出 也 增 大 ,D项 正 确 .BCD 3.关 于 高 压 输 电 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )A.从 发 电 站 到 输 电 线 路 需 要 升 压 变 压 器B.从 发 电 站 到 输 电 线 路 需 要 降 压 变 压 器C.高 压 输 电 是 为 了 增 大 输 电 电 流D.高 压 输 电 是 为 了 减 小 输 电 电 流解 析 高 压 输 电 输 送 总 功 率 一 定 ,为 了 减 小 输 电 线 路上 功 率 损 失 ,需 要 减 小 输 电 线 上 的 电 流 ,从 发 电 站 到输 电 线 路 是 用 升 压 变 压 器 升 高 电 压 ,故 A、 D正 确 .AD 4.某 理 想 变 压 器 的 原 线 圈 接 一 交 流 电 ,副 线 圈 接 如 图 6所 示 电 路 ,电 键 S原 来 闭 合 ,且 R1=R2.现 将 S断 开 ,那 么交 流 电 压 表 的 示 数 U、 交 流 电 流 表 的 示 数 I、 电 阻 R1上 的 功 率 P1及 该 变 压 器 原 线 圈 的 输 入 功 率 P的 变 化 情况 分 别 是 ( )A.U增 大 B.I增 大 C.P1减 小 D.P增 大图 6 解 析 将 副 线 圈 看 作 电 源 ,其 输 出 电 压 不 变 ,电 键 S断开 ,电 压 表 的 示 数 必 增 大 ,A正 确 ;S断 开 ,副 线 圈 电 流I 减 小 ,由 知 电 流 表 的 示 数 I减 小 ,B错 误 ;由P1= 知 电 阻 R1上 的 功 率 P1增 大 ,C错 误 ;由 P=U原 I,知 变 压 器 原 线 圈 的 输 入 功 率 P减 小 ,D错 误 .答 案 A IInn 2112RU 5.某 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 的 匝 数 比 为 55 9,原 线 圈所 接 电 源 电 压 按 图 7所 示 规 律 变 化 ,副 线 圈 接 有 一 灯泡 ,此 时 灯 泡 消 耗 的 功 率 为 40 W,则 下 列 判 断 正 确 的是 ( )A.副 线 圈 两 端 输 出 的 电 压 为 36 VB.原 线 圈 中 电 流 表 的 示 数 约 为 0.18 AC.变 压 器 的 输 入 、 输 出 功 率 之 比 为 55 9 D.原 线 圈 两 端 电 压 的 瞬 时 值 表 达 式 为 u=220sin 100 t V图 7 2 解 析 根 据 变 压 器 的 原 、 副 线 圈 的 电 压 之 比 等 于匝 数 之 比 ,故 副 线 圈 两 端 输 出 的 电 压 为 U2= U1=36 V,A错 ;根 据 理 想 变 压 器 知 P1=P2,故 有 I1= 0.18 A,B正 确 ,C错 ;原 线 圈 两 端 电 压 的 瞬 时 值 表 达式 为 u=220 sin 100 t V,D错 .答 案 B 12nn 11UP2 6.发 电 机 的 端 电 压 220 V,输 出 电 功 率 44 kW,输 电 导 线的 电 阻 为 0.2 ,如 果 用 初 、 次 级 匝 数 之 比 为 1 10的 升 压 变 压 器 升 压 ,经 输 电 线 后 ,再 用 初 、 次 级 匝 数比 为 10 1的 降 压 变 压 器 降 压 供 给 用 户 .(1)画 出 全 过 程 的 线 路 示 意 图 .(2)求 用 户 得 到 的 电 压 和 功 率 .(3)若 不 经 过 变 压 而 直 接 送 到 用 户 ,求 用 户 得 到 的 电压 和 功 率 . 解 析 (1)示 意 图 如 下 图 所 示(2)升 压 变 压 器 次 级 的 输 出 电 压U 2= U1= 220 V=2 200 V据 升 压 变 压 器 输 出 电 功 率 等 于 输 入 电 功 率 知 ,升 压 变 压器 次 级 输 出 电 流12nn 110 I2= A=20 A输 电 线 路 上 的 电 压 损 失 和 功 率 损 失 分 别 为UR=I2R=20 0.2 V=4 VPR=I22R=202 0.2 W=80 W加 到 降 压 变 压 器 初 级 上 的 输 入 电 流 和 电 压 为2002 1044 32 UP I3=I2=20 AU3=U2-UR=2 200 V-4 V=2 196 V降 压 变 压 器 次 级 的 输 出 电 压 和 电 流 为U4= U3= 2 196 V=219.6 VI4= I3=10 20 A=200 A用 户 得 到 的 功 率 为P 4=I4U4=200 219.6 W=4.392 104 W34nn 10143nn (3)若 不 采 用 高 压 输 电 ,用 220 V低 压 直 接 供 电 时 ,电 路如 下 图 所 示 ,则 输 电 电 流 I= A=200 A,输 电线 路 上 的 电 压 损 失U R =IR=200 0.2 V=40 V 220 1044 31 UP 所 以 用 户 得 到 的 电 压 为U4 =U1-UR =220 V-40 V=180 V用 户 得 到 的 功 率 为 P4 =IU4 =200 180 W=3.6 104 W 答 案 (1)见 解 析 (2)219.6 V 4.392 104 W (3)180 V 3.6 104 W 反 思 总 结 返 回