2011高三物理一轮复习 13.2 变压器远距离输电精品课件.ppt

第第2课时变压器远距离输电课时变压器远距离输电一、变压器一、变压器1构造：如右图构造：如右图2工作原理工作原理在原、副线圈上由于有交变电流而产生互感在原、副线圈上由于有交变电流而产生互感现象现象_现象是变压器工作的基现象是变压器工作的基本原理本原理电磁感应电磁感应3作用：在输送电能的过程中改变电压作用：在输送电能的过程中改变电压4特征：正因为是利用电磁感应现象来工特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送电能过程中作的，所以变压器只能在输送电能过程中改变改变_交流电压交流电压5能量转换方式：原线圈电能能量转换方式：原线圈电能_副线圈电能副线圈电能6理想变压器：是指无理想变压器：是指无_损失损失(一般包括一般包括了线圈内能量损失和铁心内能量损失这两部了线圈内能量损失和铁心内能量损失这两部分，分别俗称为分，分别俗称为“铜损铜损”和和“铁损铁损”)；无；无_损失损失(磁通量全部集中在铁芯中磁通量全部集中在铁芯中)磁场能磁场能磁通量磁通量能量能量7基本关系式基本关系式(1)电压关系：原副线圈电压比等于匝数比，电压关系：原副线圈电压比等于匝数比，即即_此式与负载、副线圈多少无此式与负载、副线圈多少无关，适用于任意变压器关，适用于任意变压器(2)电流关系：只有一个副线圈时：电流关系：只有一个副线圈时：_.(3)功率关系：原线圈的功率关系：原线圈的_等于副线等于副线圈的输出功率圈的输出功率(4)频率关系：频率关系： f1f2(变压器不改变交流电的变压器不改变交流电的频率频率)输入功率输入功率8由线圈的粗细判断高低压绕组：高压绕组由线圈的粗细判断高低压绕组：高压绕组电压高，电流小，导线较电压高，电流小，导线较_；低压绕组电；低压绕组电压低，电流大，导线较压低，电流大，导线较_细细粗粗二、常见的几种变压器二、常见的几种变压器1自耦变压器自耦变压器铁芯上只有一个绕组，可升压，可降压铁芯上只有一个绕组，可升压，可降压2互感器互感器电压互感器电压互感器(原线圈匝数比副线圈匝数多原线圈匝数比副线圈匝数多)用用来将高压变成低压，以此测高电压如图甲来将高压变成低压，以此测高电压如图甲所示电流互感器所示电流互感器(原线圈匝数比副线圈匝数原线圈匝数比副线圈匝数少少)用来将大电流变成小电流，以此测大电用来将大电流变成小电流，以此测大电流如图乙所示流如图乙所示三、远距离输电三、远距离输电由导线上发热功率损失的公式由导线上发热功率损失的公式P损损I2R可可知，减小输电线上的电流是减小发热损知，减小输电线上的电流是减小发热损失的可行办法在输送功率一定的情况失的可行办法在输送功率一定的情况下，由下，由P送送UI及及P损损I2R可知，可以采可知，可以采用提高用提高_的办法减小输送电流，的办法减小输送电流，从而达到减小导线上发热损失的目的从而达到减小导线上发热损失的目的输送电压输送电压一、理想变压器一、理想变压器1理想变压器理想化条件及规律理想变压器理想化条件及规律(1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗耗(实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因素的差别功率因素的差别)(2)理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想化条件下的新的表现形式化条件下的新的表现形式2多组副线圈理想变压器的规律多组副线圈理想变压器的规律由法拉第电磁感应定律，并考虑到线圈无电由法拉第电磁感应定律，并考虑到线圈无电阻等，有阻等，有U1 U2 U3n1 n2 n3.由能的转化和守恒定律，并考虑到为变压器由能的转化和守恒定律，并考虑到为变压器自身无能量损耗，又有自身无能量损耗，又有P入入P出出，即，即I1U1I2U2I3U3.3原副线圈的地位原副线圈的地位原原(副副)线圈在原线圈在原(副副)线圈回路中所处的地位是线圈回路中所处的地位是充当负载充当负载(电源电源)二、输送过程示意图及基本关系二、输送过程示意图及基本关系如图所示，输电线的电阻为如图所示，输电线的电阻为R，输送功率为，输送功率为P1，输送电压为输送电压为U2，输送电流为，输送电流为I.升压变压器左升压变压器左边部分的电路中分电厂的交流发电机为电源，边部分的电路中分电厂的交流发电机为电源，升压变压器的原线圈为负载；升压变压器副升压变压器的原线圈为负载；升压变压器副线圈相当于电源；降压变压器的原线圈相当线圈相当于电源；降压变压器的原线圈相当于负载；降压变压器副线圈相当于电源，用于负载；降压变压器副线圈相当于电源，用户相当于负载同时下列关系在解决问题时户相当于负载同时下列关系在解决问题时应当注意应当注意三、变压器问题一般解题思路三、变压器问题一般解题思路思路思路1电压思路变压器原、副线圈的电压电压思路变压器原、副线圈的电压之比为之比为U1/U2n1/n2；当变压器有多个副绕组；当变压器有多个副绕组时时U1/n1U2/n2U3/n3思路思路2功率思路理想变压器的输入、输出功率思路理想变压器的输入、输出功率为功率为P入入P出出，即，即P1P2；当变压器有多个；当变压器有多个副绕组时副绕组时P1P2P3思路思路3电流思路由电流思路由IP/U知，对只有一个知，对只有一个副绕组的变压器有副绕组的变压器有I1/I2n2/n1；当变压器有；当变压器有多个副绕组时多个副绕组时n1I1n2I2n3I3思路思路4(变压器动态问题变压器动态问题)制约思路制约思路(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压一定时，输出电压U2由输入电压决定，由输入电压决定，即即U2n2U1/n1，可简述为，可简述为“原制约副原制约副”(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压一定，且输入电压U1确定时，原线圈确定时，原线圈中的电流中的电流I1由副线圈中的输出电流由副线圈中的输出电流I2决定，决定， 即即I1n2I2/n1，可简述为，可简述为“副制约原副制约原”(3)负载制约：负载制约：变压器副线圈中的功率变压器副线圈中的功率P2由由用户负载决定，用户负载决定，P2P负负1P负负2；变变压器副线圈中的电流压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压由用户负载及电压U2确定，确定，I2P2/U2；总功率总功率P总总P线线P2.动态分析问题的思路程序可表示为：动态分析问题的思路程序可表示为：四、如何分析远距离输电四、如何分析远距离输电 1必须先画出输电线路的简图，弄清电路结必须先画出输电线路的简图，弄清电路结构构2以变压器铁芯为界线分各个回路，各回路以变压器铁芯为界线分各个回路，各回路独立，运用欧姆定律，分析回路中的电压、独立，运用欧姆定律，分析回路中的电压、电流和功率问题电流和功率问题一、对变压器原理的理解一、对变压器原理的理解如下图所示，甲中有两条不平行轨道而乙中如下图所示，甲中有两条不平行轨道而乙中的两条轨道是平行的，若轨道与变压器绕线的两条轨道是平行的，若轨道与变压器绕线的电阻相同，其余电阻不计金属棒的电阻相同，其余电阻不计金属棒MN都正都正在轨道上向右匀速平动，在棒运动的过程中，在轨道上向右匀速平动，在棒运动的过程中，将观察到将观察到()AL1、L2都发光，只是亮度不同都发光，只是亮度不同BL1、L2都不发光都不发光CL2发光，发光，L1不发光不发光DL1发光，发光，L2不发光不发光【解析】【解析】两图右边线圈中的电流是导体棒两图右边线圈中的电流是导体棒MN切割磁感线引起的，图甲产生的是变化的切割磁感线引起的，图甲产生的是变化的电流，会在线圈中产生变化的磁能量，在左电流，会在线圈中产生变化的磁能量，在左边线圈中会产生感应电流，灯边线圈中会产生感应电流，灯L1会亮而图会亮而图乙产生的是恒定电流，在右边线圈中产生恒乙产生的是恒定电流，在右边线圈中产生恒定的磁通量，在左边线圈中不会产生感应电定的磁通量，在左边线圈中不会产生感应电流，灯流，灯L2不会亮所以选项不会亮所以选项D正确正确【答案】【答案】D1如下图所示，在绕制变压器时，某人误将如下图所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁心的左右两两个线圈绕在如图所示变压器铁心的左右两个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈半通过中间的臂，已知线圈1、2的匝数之比的匝数之比N1 N22 1，在不接负载的情况下，在不接负载的情况下()A当线圈当线圈1输入电压输入电压220 V时，线圈时，线圈2输出电输出电压为压为110 VB当线圈当线圈1输入电压输入电压220 V时，线圈时，线圈2输出电输出电压为压为55 VC当线圈当线圈2输入电压输入电压110 V时，线圈时，线圈1输出电输出电压为压为220 VD当线圈当线圈2输入电压输入电压110 V时，线圈时，线圈1输出电输出电压为压为110 V【答案】【答案】BD二、变压器电路动态分析二、变压器电路动态分析如图所示电路中的变压器为理想变压器，如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为为单刀双掷开关单刀双掷开关P是滑动变阻器是滑动变阻器R的滑动触头，的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别分别为原线圈和副线圈中的电流下列说法正确为原线圈和副线圈中的电流下列说法正确的是的是()A保持保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由b切换到切换到a，则则R上消耗的功率减小上消耗的功率减小B保持保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由a切换到切换到b，则则I2减小减小C保持保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由b切换到切换到a，则则I1增大增大D保持保持U1不变，不变，S接在接在b端，将端，将P向上滑动，向上滑动，则则I1减小减小【解析】【解析】保持保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由b切切换到换到a的过程中，副线圈匝数增多，输出电压的过程中，副线圈匝数增多，输出电压增大，则增大，则R上消耗的功率也增大，原线圈的上消耗的功率也增大，原线圈的输入功率也增大；输入功率也增大；U1不变，输入电流不变，输入电流I1增大，增大，所以选项所以选项A、D错而错而C正确保持正确保持P的位置及的位置及U1不变，不变，S由由a切换到切换到b的过程中，副线圈匝数的过程中，副线圈匝数减少，则输出电压减少，输出电流也减减少，则输出电压减少，输出电流也减少故选项少故选项B也正确也正确【答案】【答案】BCAU2变小、变小、I3变小变小BU2不变、不变、I3变大变大CI1变小、变小、I2变小变小 DI1变大、变大、I2变大变大【解析】【解析】因为变压器的匝数与因为变压器的匝数与U1不变，所不变，所以以U2与两电压表的示数均不变当与两电压表的示数均不变当S断开时，断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小，由于输入功率等于输出功率，所以减小，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小，也将减小，C正确；因为正确；因为R1的电压减小，故的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，两端的电压将增大，I3变大，变大，B正确正确【答案】【答案】B三、电能的输送三、电能的输送一条河流，流量一条河流，流量Q2 m3s1，落差，落差h5 m，现利用其发电，若发电机总效率为现利用其发电，若发电机总效率为50%，输，输出电压为出电压为240 V，输电线路总电阻，输电线路总电阻R30 ，允许损失功率为发电输出功率的允许损失功率为发电输出功率的6%，为满足，为满足用电的需求，使用户获得用电的需求，使用户获得220 V电压，则该输电压，则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏数比各是多少？能使多少盏“220 V,100 W”的电灯正常发光？的电灯正常发光？【解析】【解析】按题意画出远距离输电的示意图按题意画出远距离输电的示意图如下图所示，电源端的输出功率如下图所示，电源端的输出功率【答案】【答案】6 125235 114703某小型实验水电站输出功率是某小型实验水电站输出功率是20 kW，输，输电线路总电阻是电线路总电阻是6 .(1)若采用若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率；输电，求输电线路损耗的功率；(2)若改用若改用5 000 V高压输电，用户端利用高压输电，用户端利用n1 n222 1的变压器降压，求用户得到的的变压器降压，求用户得到的电压电压【答案】【答案】(1)16.62 kW(2)226.18 V(2009年高考山东理综年高考山东理综)某小型水电站的电能某小型水电站的电能输送示意图如下，发电机的输出电压为输送示意图如下，发电机的输出电压为220 V，输电线总电阻为输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数，升压变压器原副线圈匝数分别为分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分，降压变压器原副线圈匝数分别为别为n3、n4(变压器均为理想变压器变压器均为理想变压器)要使额要使额定电压为定电压为220 V的用电器正常工作，则的用电器正常工作，则()命题研究命题研究 【答案】【答案】AD本题需要根据原、副线圈的电压比等于匝数本题需要根据原、副线圈的电压比等于匝数比和对输电电路应用串并联电路规律推导表比和对输电电路应用串并联电路规律推导表达式，需要考生具有较好的推导能力和应用达式，需要考生具有较好的推导能力和应用数学工具的能力，这也是出错的原因所数学工具的能力，这也是出错的原因所在在平时训练中提高自身应用数学知识解在在平时训练中提高自身应用数学知识解决物理问题的能力是一个复习备考的重要方决物理问题的能力是一个复习备考的重要方面，这也是同学们在面，这也是同学们在2010年高考中取胜的基年高考中取胜的基本保障本保障从从2009年对交流电和变压器的考查可知，试年对交流电和变压器的考查可知，试题都不是对单一的某个知识点进行考查，而题都不是对单一的某个知识点进行考查，而是对与交流电和变压器相关知识是对与交流电和变压器相关知识(恒定电流恒定电流)的综合考查，这是对此部分知识的命题趋势的综合考查，这是对此部分知识的命题趋势和高考方向，同学们要有的放矢地加强训练，和高考方向，同学们要有的放矢地加强训练，达到举一反三、融会贯通，提高综合素质，达到举一反三、融会贯通，提高综合素质，从而提高解题能力从而提高解题能力(2009年高考广东单科年高考广东单科)右图为远距离高压输右图为远距离高压输电的示意图关于远距离输电，下列表述正电的示意图关于远距离输电，下列表述正确的是确的是()A增加输电导线的横截面积有利于减少输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高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗路的发热损耗C在输送电压一定时，输送的电功率越大，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，不一高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好定是电压越高越好若输电电压一定，由若输电电压一定，由PUI知输送的电功率知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电中能量损耗越大，输电电流越大，则输电中能量损耗P失失I2R越大，越大，C错误在影响高压输电的因素错误在影响高压输电的因素中另一个重要因素是电晕放电引起的电能损中另一个重要因素是电晕放电引起的电能损耗在输电电压越高时，电晕放电引起的电耗在输电电压越高时，电晕放电引起的电能损失越大，能损失越大，D正确正确【答案】【答案】ABD1如右图所示，理想变压器初级线圈的匝数如右图所示，理想变压器初级线圈的匝数为为n1，次级线圈的匝数为，次级线圈的匝数为n2，初级线圈的两，初级线圈的两端端a、b接正弦交流电源，电压表接正弦交流电源，电压表V的示数为的示数为220 V，负载电阻，负载电阻R44 ，电流表，电流表A1的示数的示数为为0.20 A下列判断中正确的是下列判断中正确的是()A初级线圈和次级线圈的匝数比为初级线圈和次级线圈的匝数比为2 1B初级线圈和次级线圈的匝数比为初级线圈和次级线圈的匝数比为5 1C电流表电流表A2的示数为的示数为0.1 AD电流表电流表A2的示数为的示数为0.4 A【答案】【答案】BC2如右图所示，如右图所示，2008年年1月月10日开始的低温雨雪冰日开始的低温雨雪冰冻造成我国部分地区严重冻造成我国部分地区严重灾害，其中高压输电线因灾害，其中高压输电线因结冰而损毁严重此次灾结冰而损毁严重此次灾害牵动亿万人的心为消除高压输电线上的害牵动亿万人的心为消除高压输电线上的凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电凌冰，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰流的热效应除冰若在正常供电时，高压线上送电电压为若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为电流为I，热耗功率为，热耗功率为P；除冰时，输电线上；除冰时，输电线上的热耗功率需变为的热耗功率需变为9P，则除冰时，则除冰时(认为输电认为输电功率和输电线电阻不变功率和输电线电阻不变)()【答案】【答案】AD【答案】【答案】AC4如下图所示，某学校有一台应急备用发电如下图所示，某学校有一台应急备用发电机，内阻为机，内阻为r1 ，升压变压器匝数比为，升压变压器匝数比为1 4，降压变压器的匝数比为，降压变压器的匝数比为4 1，输电线，输电线的总电阻为的总电阻为R4 ，全校，全校22个校室，每个教个校室，每个教室用室用“220 V，40 W”的灯的灯6盏，要求所有灯盏，要求所有灯都正常发光，则：都正常发光，则：(1)发电机的输出功率多大？发电机的输出功率多大？(2)发电机的电动势多大？发电机的电动势多大？(3)输电线上损耗的电功率多大？输电线上损耗的电功率多大？【答案】【答案】(1)5 424 W(2)250 V(3)144 W高考水准小试高考水准小试点击进入链接点击进入链接