物理第十三章 交變電流電磁場(chǎng)與電磁波 第2講 變壓器 遠(yuǎn)距離輸電

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1、第2講變壓器遠(yuǎn)距離輸電知識(shí)梳理知識(shí)梳理一、變壓器一、變壓器1.變壓原理變壓原理:利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象改變交變電流的電壓。原線圈接交變電流,由于非均勻變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng),從而在副線圈中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),可以輸出需要的電壓。2.理想變壓器原、副線圈基本量間的關(guān)系理想變壓器原、副線圈基本量間的關(guān)系理想變壓器:沒(méi)有能量損失的變壓器。電壓關(guān)系:=,與負(fù)載、副線圈多少無(wú)關(guān);電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí)=;有多個(gè)副線圈時(shí)I1n1=I2n2+I3n3+;功率關(guān)系:P1=P2。12UU12nn12II21nn1.遠(yuǎn)距離輸電要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是減少輸電導(dǎo)線上的電功率損失,具體方法是:提高輸電電壓輸電電壓,減小輸電電流。二

2、、遠(yuǎn)距離輸電二、遠(yuǎn)距離輸電2.交流電遠(yuǎn)距離高壓輸電電路模式如圖所示。3.遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系功率關(guān)系:P1=P2,P1=P2,P2=P1+P線;電流、電壓關(guān)系:=,=;輸電電流:I2=;輸電導(dǎo)線上損耗的電功率:P線=P2-P1=I2(U2-U1)=R線;12UU12nn21II12UU12nn21II22PU11PU21UUR線221()UUR線2222PU輸電效率:=100%=100%。12PP22PPP線1.如圖所示,一理想變壓器的原線圈匝數(shù)n1=1000匝,副線圈匝數(shù)n2=200匝,交流電源的電動(dòng)勢(shì)e=311sin100tV(不考慮其內(nèi)阻),電阻R=88。電壓表和電流表對(duì)電路的影

3、響可忽略不計(jì)。下列說(shuō)法正確的是()A.電壓表的示數(shù)為62.2VB.電流表的示數(shù)為2.5AC.變壓器的輸入功率為22WD.原線圈磁通量變化率的最大值為311Wb/sC答案答案C原線圈兩端電壓為U1=V=220V,則副線圈兩端電壓為U2=U1=44V,電壓表示數(shù)為44V,則I2=0.5A,P出=0.544=22W,又P入=P出,則P入=22W=I1220V,得I1=0.1A,則電流表示數(shù)為0.1A,交流電源的電動(dòng)勢(shì)e=311sin100t(V),而原線圈磁通量變化率的最大值為Wb/s=0.311Wb/s,所以答案為C。311221nn44V8831110002.(多選)如圖所示,M為理想變壓器,各

4、電表均可視為理想電表。當(dāng)電路輸入端a、b接正弦交流電壓,則在滑動(dòng)變阻器的滑片P向下滑動(dòng)的過(guò)程中,示數(shù)不會(huì)發(fā)生變化的電表是()A.A1B.A2C.V1D.V2答案答案CD由=知,電壓表V1的示數(shù)和電壓表,V2的示數(shù)均不變;當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值變大時(shí),輸出功率減小,A1和A2的示數(shù)均減小。12UU12nnCD3.遠(yuǎn)距離輸電時(shí),在輸出電功率不變的條件下()A.只有增大導(dǎo)線的電阻,才能減小電流,提高輸電效率B.提高輸電電壓,能減小電流,提高輸電效率C.提高輸電電壓勢(shì)必增大輸電導(dǎo)線上的能量損耗D.提高輸電電壓勢(shì)必增大輸電導(dǎo)線上的電流答案答案B在輸出功率一定時(shí),由P=UI知,當(dāng)U增大時(shí),I減小,輸電導(dǎo)線損耗的

5、功率P損=I2R將變小。B深化拓展深化拓展考點(diǎn)一考點(diǎn)一理想變壓器的基本關(guān)系理想變壓器的基本關(guān)系考點(diǎn)二考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析考點(diǎn)三考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題深化拓展深化拓展考點(diǎn)一理想變壓器的基本關(guān)系考點(diǎn)一理想變壓器的基本關(guān)系【情景素材情景素材教師備用教師備用】220sin100t(V)的交流電源上,副線圈接有R=55的負(fù)載電阻,原、副線圈匝數(shù)之比為2 1,電流表、電壓表均為理想電表。下列說(shuō)法正確的是()21-1(2017北京理綜,16,6分)如圖所示,理想變壓器的原線圈接在u=22022A.原線圈的輸入功率為220WB.電流表的讀數(shù)為1AC.電壓表的讀數(shù)為110D

6、.副線圈輸出交流電的周期為50sB答案答案B由題知,變壓器的輸入電壓U1=V=220V,所以U2=U1=110V;副線圈電流I2=2A,原線圈電流I1=I2=1A。本題中電壓表、電流表的讀數(shù)為有效值,故B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;原線圈輸入功率P1=U1I1=220W,A項(xiàng)錯(cuò)誤;交流電的周期T=s=0.02s,D項(xiàng)錯(cuò)誤。220 2221nn2UR21nn221001-2(2017北京海淀期末)(多選)如圖所示,一理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為2200匝和110匝,將原線圈接在輸出電壓u=220sin100t(V)的交流電源兩端。副線圈上只接有一個(gè)電阻R,與原線圈串聯(lián)的理想交流電流表的示數(shù)為0.20A

7、。下列說(shuō)法中正確的是()2BCD210BCD理想交流電流表顯示的是電流的有效值,可知原線圈電流有效值為0.20A,由=可得I2=4A,A錯(cuò);原線圈兩端電壓有效值為220V,由=得U2=11V,B對(duì);電阻R的電功率為P=UI=114W=44W,C對(duì);穿過(guò)變壓器鐵芯的磁通量變化率最大時(shí),電路中有最大電壓,由公式E=n,得磁通量變化率的最大值為=Wb/s=Wb/s,D對(duì)。12II21nn12UU12nntmUn220 22200210A.變壓器副線圈中電流的有效值為0.01AB.電阻R兩端電壓的有效值為11VC.電阻R的電功率為44WD.穿過(guò)變壓器鐵芯的磁通量變化率的最大值為Wb/s考點(diǎn)二理想變壓器

8、的動(dòng)態(tài)分析考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析1.此類問(wèn)題大致有兩種情況:一是負(fù)載電阻不變,原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)、輸入功率、輸出功率隨原、副線圈匝數(shù)比變化而變化的情況;另一類是原、副線圈匝數(shù)比不變,原、副線圈的電壓(U1、U2)、電流(I1、I2)、輸入功率、輸出功率隨負(fù)載電阻變化而變化的情況。根據(jù)題意分清變量與不變量,要明確變量之間的相互制約關(guān)系,這是處理此類問(wèn)題的關(guān)鍵。制約關(guān)系電壓副線圈的電壓U2由原線圈的電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈的電流I1由副線圈的電流I2和匝數(shù)比決定2.動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路程序可表示為:2-1如圖

9、是街頭變壓器通過(guò)降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓,假設(shè)負(fù)載變化時(shí)輸入電壓保持不變。輸出電壓通過(guò)輸電線輸送給用戶,兩條輸電線的總電阻用R0表示,變阻器R代表用戶用電器的總電阻,當(dāng)用電器增加時(shí),相當(dāng)于R的值減小。忽略變壓器上的能量損失,不計(jì)電壓表、電流表的內(nèi)阻對(duì)電路的影響。當(dāng)用戶的用電器增加時(shí),下列說(shuō)法正確的是()A.電壓表讀數(shù)增大,電流表讀數(shù)增大B.電壓表讀數(shù)減小,電流表讀數(shù)增大C.電壓表讀數(shù)不變,電流表讀數(shù)增大D.電壓表讀數(shù)不變,電流表讀數(shù)減小C答案答案C設(shè)原、副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2,原、副線圈兩端電壓分別為U1和U2,原、副線圈中電流分別為I1和I2。由=可知U

10、2不變,即電壓表讀數(shù)不變,故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤。由I2=知,當(dāng)R減小時(shí)I2增大,由n1I1=I2n2可知I1將增大,即電流表讀數(shù)增大,故C對(duì)而D錯(cuò)。11Un22Un20URR2-2(多選)如圖所示,某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié),原線圈兩端電壓為一峰值不變的正弦交變電壓,副線圈接一可變電阻R。在其他條件不變的情況下,為使變壓器輸入功率增大,下面的措施正確的是()A.僅增加原線圈匝數(shù)n1B.僅增加副線圈匝數(shù)n2C.僅減小電阻R的阻值D.僅增大電阻R的阻值BC答案答案BC變壓器的輸入功率由輸出功率決定,而P出=,故僅增大U2或僅減小R,都可以達(dá)到增大P出的目的,而U2=U1,故僅增加n2也就意

11、味著僅增加U2,故B、C正確。22UR21nn考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題1.如圖所示,發(fā)電站的輸出電功率為P,輸出電壓為U,用戶得到的電功率為P,電壓為U,則輸電電流為I=。PUUUR線UR線線2.輸電導(dǎo)線損失的電壓:U線=U-U=IR線。3.輸電導(dǎo)線上損失的電功率P=P-P=I2R線=()2R線=。PU2()UR線線4.減少電能損失的基本途徑:根據(jù)公式P=I2R線=R線可知有兩個(gè)基本途徑,即減小輸電線電阻,如加大輸電導(dǎo)線的橫截面積,采用電阻率小的材料等;高壓輸電,在輸送功率一定的條件下,提高電壓,減小輸電電流?！厩榫八夭那榫八夭慕處焸溆媒處焸溆谩?PU3-1(多選)某小型水電站

12、的電能輸送示意圖如圖甲所示,發(fā)電機(jī)通過(guò)升壓變壓器和降壓變壓器向用戶供電。已知輸電線的總電阻為r,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n3 n4=n 1,降壓變壓器的副線圈兩端電壓如圖乙所示,降壓變壓器的副線圈與阻值R0=22的電阻組成閉合電路。若將變壓器視為理想變壓器,則下列說(shuō)法正確的是()BDA.發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電的頻率為0.5HzB.降壓變壓器的副線圈兩端電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式u=220sin100tVC.通過(guò)R0電流的最大值為20AD.輸電線損失的功率為(W)222100rn答案答案BD變壓器不改變交流電的頻率,由圖乙可知交流電的頻率f=Hz=50Hz,A錯(cuò)誤;由圖乙知降壓變壓器的副線圈兩端電壓的瞬

13、時(shí)值表達(dá)式u=220sin100tV,B正確;通過(guò)R0電流的最大值Im=A=10A,有效值I=10A,通過(guò)輸電線的電流為I3=I =A,輸電線損失的功率為P=r=(W),C錯(cuò)誤,D正確。212 102m0UR220 2222m2I43nn10n23I2100rn3-2發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V,輸出功率為44kW,每條輸電線電阻為0.2。(1)求用戶得到的電壓和電功率各是多少(2)如果發(fā)電站先用變壓比為1 10的升壓變壓器將電壓升高,經(jīng)同樣輸電線后變壓比為10 1的降壓變壓器降壓后供給用戶,則用戶得到的電壓和電功率各是多少?答案答案(1)140V28kW(2)219.2V43840W解析解析(

14、1)在用220V電壓直接供電時(shí),電路如圖所示設(shè)此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U0,輸出功率為P0,則輸電電流I=A=200A輸電線上的電壓損失U=Ir線=200(20.2)V=80V用戶得到的電壓U用=U0-U=220V-80V=140V損失的電功率P=IU=20080W=16kW用戶得到的功率P用=P0-P=44kW-16kW=28kW00PU344 10220(2)若采用高壓輸電,電路如圖所示,則有輸電電壓U1=22010V=2200V輸電電流I1=20A輸電線上電壓損失U=I1r線=20(20.2)V=8V損失功率P=r線=202(20.2)W=160W降壓變壓器的輸入電壓為U2=U1-U=2200V-8V=2192V010Unn01PU344 102200A21I由=得用戶得到的電壓U3=U2=2192V=219.2V用戶得到的功率P用=P0-P=4.4104W-160W=43840W23UU23nn32nn110