变压器、电能的输送

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,一、变压器原理,1,构造和原理,(,如图,10,2,1,所示,),(1),主要构造：由,、,和,组成,(2),工作原理：电磁感应的,现象,原线圈,副线圈,闭合铁芯,互感,图,10,2,1,2.,理想变压器,不考虑铜损（线圈电阻产生的焦耳热）、铁损（涡流产生,的焦耳热）和漏磁的变压器，其输入功率与输出功率相等,.,理想变压器是一个理想化模型,.,3,理想变压器的基本关系式,基本关系,“,一对一,”,变压器,“,一对二,”,变压器,电压,功率,P,1,P,2,P,1,P,2,P,3,电流,(,n,1,I,1,n,2,I,2,),n,1,I,1,n,2,I,2,n,3,I,3,1,“,一对一,”,变压器指回字形铁芯中有一个原线圈和一,个副线圈；,“,一对二,”,变压器指回字形铁芯中有一个原,线圈和两个副线圈,2,副线圈的电压比原线圈的电压低，这样的变压器叫做降,压变压器，反之则叫升压变压器,4,互感器,(1),电压互感器：用来把高电压变成低电压，如图,10,2,2,(a),所示,(2),电流互感器：用来把大电流变成小电流，如图,10,2,2,(b),所示,图,10,2,2,二、电能的输送,1,输电线路的构成,主要有发电机、升压变压器、输电导线、降压变压器、用电,器，如图,10,2,3,所示,图,10,2,3,由于电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压,输电时，在发电站内需用升压变压器升压后再由输电,线输出，到用电区再用降压变压器降到所需的电压,2,输送电能的基本要求,(1),可靠：保证供电线路正常工作,(2),保质：保证供电质量,电压和频率要稳定,(3),经济：线路建设和运行的费用低,能耗少、电价低,3,损失电能的分析,任何输电线都有电阻，因此当电能通过输电线送向远方，,电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，从而损失,电能,设输电电流为,I,，输电线电阻为,R,，则输电线上的功率损,失,P,损,I,2,R,.,基,本,关,系,功率关系,P,入,P,出,电压关系,U,1,/,U,2,n,1,/,n,2,，与负载、副线圈的多少无关,电流关系,只有一个副线圈时：,I,1,/,I,2,n,2,/,n,1,有多个副线圈时：由,P,入,P,出,得,I,1,U,1,I,2,U,2,I,3,U,3,I,n,U,n,或,I,1,n,1,I,2,n,2,I,3,n,3,I,n,n,n,因果关系,(,n,1,和,n,2,不变时,),由,U,2,U,1,可知,U,1,决定,U,2,，即原线圈两端电压决定副线圈两端的电压,由,I,1,I,2,可知,I,2,决定,I,1,，即副线圈中的电流决定原线圈中的电流,由,P,入,P,出,可知输出功率决定输入功率，功率按需分配,1,变压器应用的是交变电流，不用恒定直流,2,变压器不改变交变电流的频率，不改变功率，只改变交,变电流的电压和电流,1,对于理想变压器，下列说法中正确的是,(,),A,原线圈的输入功率随副线圈输出功率增大而增大,B,原线圈的输入电流随副线圈输出电流的减小而增大,C,原线圈的电流不随副线圈的输出电流变化而变化,D,当副线圈电流为零时，原线圈电流为零,解析：,对于理想变压器，输出功率决定输入功率，故,A,正确；输出电流决定输入电流，故,B,、,C,错；原线圈电压并不会因为,I,2,为,0,，它就为,0,，,I,2,为,0,表示副线圈断路，,U,1,仍存在，故,D,错误,答案：,A,由输电线上的功率损失,P,I,2,R,线可知，有两种途径来减小输电损失：,1,减小输电线的电阻,R,，据,R,，可得以下几种,方法：,(1),减小输电线长度,l,.,但由于输电距离一定，所以在实际中不,可能用减小,l,来减小,R,.,(2),减小电阻率,.,目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线,材料,(3),增大导线的横截面积,S,.,但导线横截面积的增加是有一定限,度的，过粗会多耗费金属材料，增加成本，同时给输电线,的架设带来很大的困难,2,减小输电电流,I,，据,I,(1),减小输送功率,P,.,但在实际中不能以用户少用或不用电来达,到减少损耗的目的,(2),提高输电电压,U,.,在输送功率,P,一定，输电线电阻,R,一定的条,件下，输电电压提高到原来的,n,倍，据,P,损,(),2,R,知，,输电线上的功率损耗将降为原来的,根据以上分析知，采用高压输电是减小输电线上功率损耗,最有效、最经济的措施,输电电压也不是越高越好因为电压越高对输电线路、变压器的要求也就越高，所以实际输送电能时要综合考虑各种因素,2,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,答案：,AD,如图,10,2,4,所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中,R,1,、,R,2,、,R,3,和,R,4,均为固定电阻，开关,S,是闭合的，,V,1,和,V,2,为理想电压表，读数分别为,U,1,和,U,2,；,A,1,、,A,2,和,A,3,为理想电流表，读数分别为,I,1,、,I,2,和,I,3,.,现断开,S,，,U,1,数值不变，下列推断中正确的是,(,),A,U,2,变小，,I,3,变小,B,U,2,不变，,I,3,变大,C,I,1,变小，,I,2,变小,D,I,1,变大，,I,2,变大,思路点拨,负线圈两端电压由原线圈两端电压和变压比,确定，原线圈中电流由变压器输出功率决定，其他表示数,可结合电路动态分析确定,课堂笔记,因为,U,1,不变，由 可得,U,2,不变，断开,S,后副线圈所在电路电阻,R,变大，由,I,2,可知电流,I,2,减小由,U,1,I,1,U,2,I,2,得,I,1,故,I,1,减小电阻,R,3,两端电压,U,3,U,2,I,2,R,1,，故,U,3,变大,I,3,变大，综合以上可知,B,、,C,正确，,A,、,D,错误,答案,BC,理想变压器动态分析类似于电路中动态分析，不同处是由原线圈电压和变压比确定副线圈的电压,.,(2009,山东高考,),某小型水电站的电能输送示意图如图,10,2,5,所示，发电机的输出电压为,200 V,，输电线总电阻为,r,，升压变压器原、副线圈匝数分别为,n,1,、,n,2,，降压变压器原、副线圈匝数分别为,n,3,、,n,4,(,变压器均为理想变压器,),要使额定电压为,220 V,的用电器正常工作，则,(,),C,升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压,D,升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率,思路点拨,电能输送时，因输电线电阻,r,的存在，输电线上有功率损失，同时也有电压损失,课堂笔记,由于输电线上的功率损耗，故升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，,P,出,P,损,P,入,，故,D,正确,.,因为,U,1,200 V,U,4,220 V,，,U,2,U,3,U,2,U,线,，故,A,正确,答案,AD,本题中,P,出,P,入,、,U,3,U,2,的原因是输电线有电阻，如果输电线为超导体，则有,P,出,P,入,、,U,3,U,2,，但仍有：,1,理想变压器原、副线圈匝数比为,101,，以下说法,中正确的是,(,),A,穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是,101,B,穿过原、副线圈每一匝的磁通量的变化率相等,C,原、副线圈每一匝产生的电动势之比为,101,D,正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为,11,解析：,穿过原、副线圈每一匝的磁通量相等，且磁通量的变化率也相等，故,A,错，,B,正确每一匝的电动势值相等，都等于 ，故,C,错理想变压器的输出功率等于输入功率，故,D,正确,答案：,BD,2,如图,10,2,6,所示为远距离高压输电的示意图关于,远距离输电，下列表述正确的是,(,),图,10,2,6,A,增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电,能损失,B,高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗,C,在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中,的电能损失越小,D,高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高,越好,解析：,远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗，由,P,损,I,2,R,可以看出，在保证输电功率的前提下有两种方式可减少输电中的能量损失：一是减小输电线的电阻，由,R,知，,A,正确二是减小输电电流，,B,正确若输电电压一定，由,P,UI,知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电中能量损耗,P,损,I,2,R,越大，,C,错误电压越高，对输电线路绝缘性能的要求越高，变压器的要求相应提高，线路修建费用会多很多，,D,正确,答案：,ABD,3,远距离输电时，如果输送的电功率一定，输电电压升高,到原来,n,倍，则输电线路上的功率损失将是原来的,(,),解析：,由电功率公式,P,UI,知，当输电电压升高到原来的,n,倍时，,P,一定，电流变为原来的 ；由,P,损,I,2,R,，,R,一定，输电线路上的功率损失为原来的 ，选项,C,正确,答案：,C,4,(2008,天津高考,),一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电,压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻,R,.,设原线圈,的电流为,I,1,，输入功率为,P,1,，副线圈的电流为,I,2,，输出功率,为,P,2,.,当,R,增大时,(,),A,I,1,减小，,P,1,增大,B,I,1,减小，,P,1,减小,C,I,2,增大，,P,2,减小,D,I,2,增大，,P,2,增大,解析：,设副线圈两端的电压为,U,2,，由 知，由于,U,1,不变，故,U,2,应不变，再根据,I,2,知，当,R,增大时，,I,2,应减小，根据,I,1,推得,I,1,也减小；由,P,2,知,P,2,减小，根据能量守恒,P,1,P,2,，故,P,1,减小；只有选项,B,是正确的,答案：,B,5,如图,10,2,7,所示，理想变压器的两线圈匝数之比,n,1,n,2,21,，电源电动势,E,1.5 V (,),A,闭合电键,S,后，,U,AB,1.5 V,B,闭合电键,S,后，,U,AB,3 V,C,断开电键,S,前，,U,AB,0.75 V,D,断开电键,S,瞬间，,U,AB,0,解析：,由于电源是直流电源，根据变压器工作原理可知，闭合电键,S,后和断开电键,S,前，,U,AB,0,，选项,A,、,B,、,C,均错断开电键,S,瞬间，由于电磁感应，原线圈两端产生自感电动势，,U,AB,0,，,D,选项正确,答案：,D,