第二课时变压器电能的输送精选文档.ppt

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1、第二课时变压器电能的输送第二课时变压器电能的输送本讲稿第一页，共四十六页第一关第一关:基础关基础关 展望高考展望高考基础知识基础知识本讲稿第二页，共四十六页一一 变压器的构造和原理变压器的构造和原理知识讲解知识讲解如图所示如图所示,变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成,其中一个其中一个线圈与电源相接线圈与电源相接,另一个线圈与负载另一个线圈与负载(工作电路工作电路)相接相接,前者称为原前者称为原线圈或初级线圈线圈或初级线圈,后者称为副线圈或次级线圈后者称为副线圈或次级线圈.本讲稿第三页，共四十六页当在原线圈上加交变电源时当在原线圈上加交变电源时,

2、原线圈中就有交变电流原线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生交它在铁芯中产生交变磁通量变磁通量,磁通量通过铁芯也穿过副线圈磁通量通过铁芯也穿过副线圈,磁通量的变化在副线圈上产磁通量的变化在副线圈上产生感应电动势生感应电动势.若副线圈上接有负载形成闭合电路若副线圈上接有负载形成闭合电路,有交变电流通过时有交变电流通过时,也会产生磁通量通过铁芯穿过原线圈也会产生磁通量通过铁芯穿过原线圈,在原线圈上产生感应电动势在原线圈上产生感应电动势.这样原这样原 副线圈在铁芯中磁通量发生了变化副线圈在铁芯中磁通量发生了变化,从而发生互相感应从而发生互相感应(称为称为互感现象互感现象),产生了感应电动势产生了感应电动

3、势.本讲稿第四页，共四十六页归纳为归纳为:(1)互感现象是变压器的工作基础互感现象是变压器的工作基础,其实质是电磁感应现象其实质是电磁感应现象.(2)若在原线圈上加交流电压若在原线圈上加交流电压,副线圈上空载副线圈上空载(开路开路),则副线圈上则副线圈上存在感应电动势存在感应电动势.(3)变压器改变电压的作用只适用于交变电流变压器改变电压的作用只适用于交变电流,不适用于恒定电流不适用于恒定电流.本讲稿第五页，共四十六页活学活用活学活用1.理想变压器原理想变压器原 副线圈匝数比为副线圈匝数比为10：1,以下说法中正确的是以下说法中正确的是()A.穿过原穿过原 副线圈每一匝磁通量之比是副线圈每一匝

4、磁通量之比是10：1B.穿过原穿过原 副线圈每一匝磁通量的变化率相等副线圈每一匝磁通量的变化率相等C.原原 副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10：1D.正常工作时原正常工作时原 副线圈的输入副线圈的输入 输出功率之比为输出功率之比为1：1本讲稿第六页，共四十六页解析解析:此题考查的是对变压器原理的掌握此题考查的是对变压器原理的掌握,对理想变压器对理想变压器,B选项认为无磁选项认为无磁通量损漏通量损漏,因而穿过两个线圈的交变磁通量相同因而穿过两个线圈的交变磁通量相同,磁通量变化率相同磁通量变化率相同,因而每匝线圈产生的感应电动势相等因而每匝线圈产生的感应电

5、动势相等,才导致电压与匝数成正比才导致电压与匝数成正比.D选选项认为可以忽略热损耗项认为可以忽略热损耗,故输入功率等于输出功率故输入功率等于输出功率.答案答案:BD本讲稿第七页，共四十六页二二 电能的输送电能的输送知识讲解知识讲解本讲稿第八页，共四十六页(1)减少电能损耗的方法减少电能损耗的方法据据P损损=I2R可知可知,减小输电线路上功率损失的方法主要有两种减小输电线路上功率损失的方法主要有两种:减小输电线的电阻减小输电线的电阻R,据据R=a.减小输电线长度减小输电线长度L:由于输电距离一定由于输电距离一定,所以在实际中不可能所以在实际中不可能用减小用减小L来减小来减小R.b.减小电阻率减小

6、电阻率:目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料.c.增大导线的横截面积增大导线的横截面积S:这要多耗费金属材料增加成本这要多耗费金属材料增加成本,同时同时给输电线的架设带来很大的困难给输电线的架设带来很大的困难.本讲稿第九页，共四十六页减小输电电流减小输电电流I,据据a.减小输送功率减小输送功率P:在实际中不能以用户少用或不用电来达到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减少损耗的目的.b.提高输电电压提高输电电压U:在输送功率在输送功率P一定一定,输线电阻输线电阻R一定的条件一定的条件下下,输电电压提高到原来的输电电压提高到原来的n倍倍,据据

7、P损损=()2R知知,输电线输电线上的功率损耗将降为原来的上的功率损耗将降为原来的根据以上分析知根据以上分析知,采用高压输电是减小输电线上功率损耗最采用高压输电是减小输电线上功率损耗最有效有效 最经济的措施最经济的措施.本讲稿第十页，共四十六页(2)远距离高压输电的几个基本关系远距离高压输电的几个基本关系(以图为例以图为例):功率关系功率关系P1=P2,P3=P4,P2=P损损+P3电压电压 电流关系电流关系U2=U+U3,I2=I3=I线线.本讲稿第十一页，共四十六页本讲稿第十二页，共四十六页活学活用活学活用2.远距离输送一定功率的交流电远距离输送一定功率的交流电,若输送电压升高为原来的若输

8、送电压升高为原来的n倍倍,关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是关于输电线上的电压损失和功率损失正确的是()A.输电线上的电功率损失是原来的输电线上的电功率损失是原来的B.输电线上的电功率损失是原来的输电线上的电功率损失是原来的C.输电线上的电压损失是原来的输电线上的电压损失是原来的D.输电线上的电压损失是原来的输电线上的电压损失是原来的本讲稿第十三页，共四十六页解析解析:根据由根据由P=IU得得 导线上损失功率导线上损失功率P损损=I2R=因因输送功率一定输送功率一定,P损损跟输送电压的平方成反比跟输送电压的平方成反比;U损损 .跟输送跟输送电压成反比电压成反比.所以正确选项为所以正确选项

9、为B C.答案答案:BC本讲稿第十四页，共四十六页第二关第二关:技法关技法关 解读高考解读高考解题技法解题技法本讲稿第十五页，共四十六页一一 变压器各量变化问题的分析变压器各量变化问题的分析技法讲解技法讲解处理这类问题的关键是要分清变量和不变量处理这类问题的关键是要分清变量和不变量,弄清理想变压器中弄清理想变压器中“谁决定谁决定谁谁”的问题的问题,在理想变压器中在理想变压器中,U2由由U1和匝数比决定和匝数比决定;I2由由U2和负载决和负载决定定;I1由由I2和匝数比决定和匝数比决定.注意因果关系注意因果关系,对电压而言对电压而言,有有U入入才有才有U出出,输入决定输出输入决定输出,而对电流、

10、而对电流、功率而言功率而言,则是有则是有I出出、P出出,才有才有I入入、P入入,输出决定输入输出决定输入.本讲稿第十六页，共四十六页当理想变压器的原副线圈的匝数不变时当理想变压器的原副线圈的匝数不变时,如果变压器的负载发生变化如果变压器的负载发生变化,可可依据以下原则判定依据以下原则判定,如图所示如图所示.本讲稿第十七页，共四十六页(1)输入电压输入电压U1决定输出电压决定输出电压U2.这是因为输出电压这是因为输出电压U2=U1,当当U1不变时不变时,不论负载电阻不论负载电阻R变化与否变化与否,U2不会改变不会改变.(2)输出电流输出电流I2决定输入电流决定输入电流I1,在输入电压在输入电压U

11、1一定的情况下一定的情况下,输出电输出电压压U2也被完全确定也被完全确定.当负载电阻当负载电阻R增大时增大时,I2减小减小,则则I1相应减小相应减小;当负载电阻当负载电阻R减小时减小时,I2增大增大,则则I1相应增大相应增大.在使用变压器时在使用变压器时,不能使变压器次级短路不能使变压器次级短路.本讲稿第十八页，共四十六页(3)输出功率输出功率P2决定输入功率决定输入功率P1,理想变压器的输出功率与输入功理想变压器的输出功率与输入功率相等率相等,即即P2=P1.在输入电压在输入电压U1一定的情况下一定的情况下,当负载电阻当负载电阻R增大增大时时,I2减小减小,则变压器输出功率则变压器输出功率P

12、2=I2U2减小减小,输入功率输入功率P1也将相应也将相应减小减小;当负载电阻当负载电阻R减小时减小时,I2增大增大,变压器的输出功率变压器的输出功率P2=I2U2增增大大,则输入功率则输入功率P1也将增大也将增大.本讲稿第十九页，共四十六页典例剖析典例剖析【例【例1】(江苏高考题江苏高考题)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为单刀双掷开关为单刀双掷开关,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为加在原线圈为加在原线圈两端的交变电压两端的交变电压,I1 I2分别为原线圈和副线圈中的电流分别为原线圈和副线圈中的电流.下列说下列说法正确的是法正确

13、的是()本讲稿第二十页，共四十六页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端端,将将P向上滑动向上滑动,则则I1减小减小本讲稿第二十一页，共四十六页答案答案 BC本讲稿第二十二页，共四十六页二二 远距离输电问题远距离输电问题技法讲解技法讲解在求解远距离输电的有关问题时在求解远距离输电的有关问题时,常会涉及到较多的物理量常会涉及

14、到较多的物理量,应特别注意应特别注意各物理量的对应性各物理量的对应性,所以对远距离输电问题一定要先画出过程图再分所以对远距离输电问题一定要先画出过程图再分析析,可以保证思路通顺流畅避免混乱出错可以保证思路通顺流畅避免混乱出错.另外针对输电过程中因物理另外针对输电过程中因物理量较多量较多,易发生混乱的特点易发生混乱的特点,把各物理量在图中标出可以使物理意义条把各物理量在图中标出可以使物理意义条理清晰理清晰.本讲稿第二十三页，共四十六页远距离输电过程的示意图远距离输电过程的示意图(如图所示如图所示)由图可知由图可知:P1=P2,I2=I3,P3=P4,P损损=I222r=I322r=P1-P4.本

15、讲稿第二十四页，共四十六页(1)升压变压器的输出电流和输电线上的电压损失升压变压器的输出电流和输电线上的电压损失 功率损失功率损失,是联系是联系两个变压器的纽带两个变压器的纽带,解题时要抓住这个解题时要抓住这个“纲纲”,然后根据和其他相然后根据和其他相关量的联系按相应规律列式求解关量的联系按相应规律列式求解.(2)输电导线上损失的电能和输出电压的平方成反比输电导线上损失的电能和输出电压的平方成反比,输出电压提高输出电压提高n倍倍,导线上电能的损失就减为原来的导线上电能的损失就减为原来的本讲稿第二十五页，共四十六页(3)在计算远距离输电线路的功率损耗时常用关系式在计算远距离输电线路的功率损耗时常

16、用关系式P损损=I线线2R线线计算计算,其其原因是原因是I线线较易求出较易求出;I总总=I线线=P总总/U总总;而而P损损=U线线 I线线或或P损损=U线线2/R线线,则不常用则不常用,其原因是在一般情况下其原因是在一般情况下U线线不易求出不易求出,且易把且易把U线线和和U总总相相混淆而造成错误混淆而造成错误.本讲稿第二十六页，共四十六页典例剖析典例剖析【例【例2】有一台内阻为有一台内阻为1 的发电机的发电机,供给一个学校照明用电供给一个学校照明用电,如图如图所示所示,升压变压器匝数之比为升压变压器匝数之比为1：4,降压变压器的匝数之比为降压变压器的匝数之比为4：1,输电线的总电阻输电线的总电

17、阻R=4,全校共有全校共有22个班个班,每班有每班有“220 V 40 W”的灯的灯6盏盏,若保证全部电灯正常发光若保证全部电灯正常发光,则则本讲稿第二十七页，共四十六页(1)发电机输出功率多大发电机输出功率多大?(2)发电机电动势多大发电机电动势多大?(3)输电效率多少输电效率多少?(4)若使用灯数减半并正常发光若使用灯数减半并正常发光,发电机输出功率是否减半发电机输出功率是否减半?解析解析 发电机的电动势发电机的电动势E,一部分降在电源内阻上一部分降在电源内阻上,即即I1r,另一部分为另一部分为发电机的路端电压发电机的路端电压U1,升压变压器副线圈电压升压变压器副线圈电压U2的一部分降在输

18、的一部分降在输电线上电线上,即即I2R,其余的就是降压变压器原线圈电压其余的就是降压变压器原线圈电压U2,而而U3应为应为灯的额定电压灯的额定电压U额额,具体计算由用户向前递推即可具体计算由用户向前递推即可.本讲稿第二十八页，共四十六页(1)对降压变压器对降压变压器:U2I2=U3I3=nP灯灯=22640 W=5 280 W,而而U2=U3=880 V.所以所以I2=A=6 A.对升压变压器对升压变压器:U1I1=U2I2=I22R+U2I2=(624+5 280)W=5 424 W,所以所以P出出=5 424 W.本讲稿第二十九页，共四十六页(2)因为因为U2=U2+I2R=(880+64

19、)V=904 V.所以所以U1=904 V=226 V.又因为又因为U1I1=U2I2,所以所以I1=4I2=24 A,所以所以E=U1+I1r=(226+241)V=250 V.本讲稿第三十页，共四十六页答案答案 (1)5424 W (2)250 V (3)97%(3)不减半不减半本讲稿第三十一页，共四十六页第三关第三关:训练关训练关 笑对高考笑对高考随堂随堂训练训练本讲稿第三十二页，共四十六页1.一个理想变压器一个理想变压器,原线圈和副线圈的匝数分别为原线圈和副线圈的匝数分别为n1和和n2,正常工正常工作时输入和输出的电压作时输入和输出的电压 电流电流 功率分别为功率分别为U1和和U2 I

20、1和和I2 P1和和P2,已已知知n1n2,则则()A.U1U2,P1P2 B.P1=P2,I1I2C.I1U2 D.P1P2,I1I2本讲稿第三十三页，共四十六页解析解析:对理想变压器来说对理想变压器来说,穿过原副线圈的磁通量的变化率一定相穿过原副线圈的磁通量的变化率一定相等等,由法拉第电磁感应定律可得由法拉第电磁感应定律可得 由题给条件由题给条件n1n2,得得U1U2.理想变压器不考虑能量损耗理想变压器不考虑能量损耗,则有则有P1=P2.由于题给变压器为由于题给变压器为单个副线圈的变压器单个副线圈的变压器,则则I1U1=I2U2成立成立,所以所以I1I2.综合上述分析可综合上述分析可知知,

21、B C两项对两项对.答案答案:BC本讲稿第三十四页，共四十六页2.一理想变压器初、次级线圈匝数比为一理想变压器初、次级线圈匝数比为3：1,次级接三个相同的灯泡次级接三个相同的灯泡,均能正常发光均能正常发光,在初级线圈接一个相同的灯泡在初级线圈接一个相同的灯泡L,如图所示如图所示,则则()A.灯灯L也能正常发光也能正常发光 B.灯灯L比另三灯都暗比另三灯都暗C.灯灯L将会烧坏将会烧坏 D.灯灯L时亮时暗时亮时暗本讲稿第三十五页，共四十六页解析解析:分析此题应从变压器的电流关系来考虑分析此题应从变压器的电流关系来考虑;原、副线圈中的原、副线圈中的电流比电流比I1：I2=1：3,副线圈后面每灯的电流

22、与其额定电流为副线圈后面每灯的电流与其额定电流为:I额额=,故故IL=I1=I额额,所以灯所以灯L也正常发光也正常发光.答案答案:A本讲稿第三十六页，共四十六页3.如图甲所示是日光灯的电路图如图甲所示是日光灯的电路图,它主要由灯管它主要由灯管 镇流器和启动镇流器和启动器组成的器组成的,镇流器是一个带铁芯的线圈镇流器是一个带铁芯的线圈,启动器的构造如图乙启动器的构造如图乙所示所示,为了便于启动为了便于启动,常在启动器的两极并上一纸质电容器常在启动器的两极并上一纸质电容器C,某教室的一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮的情况某教室的一盏日光灯总是出现灯管两端亮而中间不亮的情况,经检查经检查,灯管

23、是好的灯管是好的,电压正常电压正常,镇流器无故障镇流器无故障,其原因可能其原因可能是是()本讲稿第三十七页，共四十六页本讲稿第三十八页，共四十六页A.启动器两脚与启动器底座接触不良启动器两脚与启动器底座接触不良B.电容器电容器C断路断路C.电容器电容器C击穿而短路击穿而短路D.镇流器自感系数镇流器自感系数L太大太大答案答案:C本讲稿第三十九页，共四十六页4.国家重点项目工程国家重点项目工程750千伏兰州至银川西电东输工程完成塔千伏兰州至银川西电东输工程完成塔基建设基建设.9月底全线架通月底全线架通.远距离输送交流电都采用高压输电远距离输送交流电都采用高压输电,采采用高压输电的优点是用高压输电的

24、优点是()A.可节省输电线的铜材料可节省输电线的铜材料B.可根据需要调节交流电的频率可根据需要调节交流电的频率C.可减少输电线上的能量损失可减少输电线上的能量损失D.可加快输电的速度可加快输电的速度本讲稿第四十页，共四十六页解析解析:由由P=IU得得I=,输送的电功率输送的电功率P一定一定,采用高压输电采用高压输电,U大则大则I小小,由由P线线=I2r,在要求输电损耗一定的情况下在要求输电损耗一定的情况下,就可以选电阻率略大一点的就可以选电阻率略大一点的材料作导线材料作导线;若输电线确定若输电线确定,则可以减少输电线上的能量损失则可以减少输电线上的能量损失,故选故选项项A C正确正确.交流电的

25、频率是固定的交流电的频率是固定的,不需要调节不需要调节,输电的速度是就输电的速度是就是电磁波的传播速度是电磁波的传播速度,是一定的是一定的,故选项故选项B D不正确不正确.答案答案:AC本讲稿第四十一页，共四十六页5.如图所示如图所示,MN和和PQ为处于同一水平面内的两根平行的光滑金为处于同一水平面内的两根平行的光滑金属导轨属导轨,垂直导轨放置的金属棒垂直导轨放置的金属棒ab与导轨接触良好与导轨接触良好,在水平金在水平金属导轨之间加竖直向下的匀强磁场属导轨之间加竖直向下的匀强磁场,导轨的导轨的N Q端接理想变端接理想变压器的初级线圈压器的初级线圈,理想变压器的输出端有三组次级线圈理想变压器的输

26、出端有三组次级线圈,分别分别接有电阻元件接有电阻元件R 电感元件电感元件L和电容元件和电容元件C.若用若用IR IL IC分别表分别表示通过示通过R L和和C的电流的电流,不考虑电容器的瞬间充放电不考虑电容器的瞬间充放电,则下列判断中则下列判断中正确的是正确的是()本讲稿第四十二页，共四十六页本讲稿第四十三页，共四十六页A.若若ab棒匀速运动棒匀速运动,则则IR0,IL0,IC=0B.若若ab棒匀加速运动棒匀加速运动,则则IR0,IL0,IC=0C.若若ab棒做加速度变小的加速运动棒做加速度变小的加速运动,则则IR0,IL=0,IC=0D.若若ab棒在某一中心位置附近做简谐运动棒在某一中心位置

27、附近做简谐运动,则则IR0,IL0,IC0本讲稿第四十四页，共四十六页解析解析:当当ab棒匀速运动时棒匀速运动时,根据公式根据公式E=Blv可知电动势可知电动势E恒定恒定,则原线则原线圈中有恒定的电流通过圈中有恒定的电流通过,产生稳定的磁场产生稳定的磁场,通过副线圈的磁通量不通过副线圈的磁通量不变变,那么副线圈上不产生感应电动势那么副线圈上不产生感应电动势,无电压无电压,则则IR=IL=IC=0,A错误错误.当当ab棒匀加速运动时棒匀加速运动时,产生的电动势均匀增加产生的电动势均匀增加,原线圈的电流均匀原线圈的电流均匀增大增大,产生的磁场均匀增强产生的磁场均匀增强,则副线圈中的磁通量均匀增大则

28、副线圈中的磁通量均匀增大,副线圈副线圈就会产生一个恒定的电压就会产生一个恒定的电压,那么那么IR0,IL0,IC=0,B正确正确.当当ab棒做棒做加速度变小的加速运动时加速度变小的加速运动时,ab棒产生的电动势变化越来越慢棒产生的电动势变化越来越慢,同理同理可知在副线圈上将产生一个逐渐减小的电压可知在副线圈上将产生一个逐渐减小的电压,则则IR0,IL0,本讲稿第四十五页，共四十六页而电容器要不停的放电而使而电容器要不停的放电而使IC0,故故C错误错误.当当ab棒做简谐运动时棒做简谐运动时,ab棒棒将产生正弦或余弦式交变电流将产生正弦或余弦式交变电流,在副线圈上也将感应出正弦或余弦在副线圈上也将感应出正弦或余弦式交变电压式交变电压,从而从而IR0,IL0,IC0,D正确正确.答案答案:BD本讲稿第四十六页，共四十六页