第2讲-变压器远距离输电知识点

第2讲变压器远距离输电知识点1理想变压器Ⅰ1.构造和原理(如图所示)(1)主要构造：由_______、_______和_________组成。(2)工作原理：电磁感应的_____现象。2．理想变压器的基本关系式(1)功率关系：_______。(2)电压关系：为_____变压器；若n1n2，为_____变压器。(3)电流关系：只有一个副线圈时，_______；有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。原线圈副线圈闭合铁芯互感P入＝P出111222UnnnUn＝，若，降压升压1221InIn＝3．几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器。电压互感器：把_______变成_______。电流互感器：把_______变成_______。高电压低电压大电流小电流(2)互感器知识点2远距离输电Ⅰ1.输电过程（如图所示）2.电压损失（1）ΔU=U-U′。(2)ΔU=___。3.功率损失(1)ΔP=P-P′。(2)ΔP=____=________4.输送电流IRI2R2P()RU2UR。P1IUUU2IR（）。（）。【思考辨析】（1）变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。()（2）变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率。()（3）正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压。()（4）变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之增大。()（5）增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。()（6）高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。()（7）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。()分析：变压器是依靠电磁感应工作的，恒定不变的电流不能产生变化的磁场，不满足产生感应电动势的条件，（1）对；变压器变压的原理是互感原理，当原线圈变化一个周期时，副线圈也变化一个周期，故原、副线圈磁通量的变化率完全相同，原、副线圈交变电流的频率也完全相同，（2）错；副线圈两端电压由原、副线圈匝数比和原线圈两端电压共同决定，与副线圈上所接负载无关，（3）错；变压器副线圈并联更多的用电器时，副线圈电流增加，原、副线圈电流之比由匝数比决定，因此原线圈电流相应增加,（4）对；据P＝I2R可知，在电流I一定的情况下，减小电阻R可以减少电路上的电能损失，而所以增大输电线横截面积S可减小电阻R，（5）对；由输送电功率P＝UI得输电线损失电功率ΔP＝I2R，可见减小输电电流可减小电路发热损耗，（6）对；在输送电压一定时，输电线上损失电功率故输送的电功率P越大，电能损失越大，（7）错。LRS＝，22PPRU＝，考点1理想变压器的工作原理和基本量的关系【考点解读】1.工作原理深化理解2.理想变压器及其原、副线圈基本量的关系理想变压器①没有能量损失(铜损、铁损)②没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系P入＝P出电压关系原、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时，电流和匝数成反比;有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系基本关系频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压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决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定【典例透析1】（2012·山东高考改编）图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是()A.电压表的示数等于5VB.电压表的示数随时间变化，最大值为C.实现点火的条件是D.实现点火的条件是52V21n1000n21n1000n【解题探究】（1）在交流电路中，交流电压表测量的是交流电压的_______。（2）变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系:_______。有效值1122UnUn【解析】选C。由u-t图像可知最大电压值为5V，故有效值为交流电压表测量的是有效值，A、B错；由变压器电压与线圈匝数的关系可知，当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V，即C对，D错。5V2，222111nnUU5nn，2211nn550001000nn，所以，【总结提升】基本量关系解题的两点提醒（1）理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导是以其为依据的。（2）变压器的以上关系都是根据“口”字型铁芯的变压器推出的。如果变压器不是“口”字型铁芯，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系。【变式训练】(2013·天津高考)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为Iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则()A.ab接MN、cd接PQ,IabIcdB.ab接MN、cd接PQ,IabIcdC.ab接PQ、cd接MN,IabIcdD.ab接PQ、cd接MN,IabIcd【解析】选B。高压输电线上的电流大于交流电流表的量程,故应用电流互感器将高压输电线上的电流降低,由变压器原、副线圈电流与匝数成反比的关系,可以判断电流互感器与高压输电线相连的一侧匝数少,即ab一侧线圈与MN相连,cd一侧线圈与PQ相连,IabIcd,故B对,A、C、D错。【变式备选】如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5,原线圈两端的交变电压为氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有()u202sin100tV。A.开关接通后，氖泡的发光频率为50HzB.开关接通后，电压表的示数为50VC.开关断开后，电压表的示数变大D.开关断开后，变压器的输出功率不变【解析】选B。由于副线圈电压由原线圈决定，则不论负载如何变化，电压表的读数不变，始终为有效值100V，B正确，C错误；交流电每个周期内氖泡发光两次，每秒发光100次，则氖泡发光频率为100Hz，A错误；开关断开后，负载电阻增大、电流减小，则变压器的输出功率减小，D错误。考点2理想变压器的动态分析【考点解读】常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。解题技巧1．匝数比不变的情况(如图所示)(1)U1不变，根据输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变。(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化。(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化。1122UnUn＝，2．负载电阻不变的情况(如图所示)(1)U1不变，发生变化，U2变化。(2)R不变，U2变化，I2发生变化。(3)根据和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。12UU222UPR＝【典例透析2】如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为则()1u2202sin100tV＝，A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表V1的示数为22VB．当时，电压表V0的读数为156VC．单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表V1的示数增大，电流表示数变小D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小1ts600＝【解题探究】（1）请分析当开关接a时，滑片P上移，负载电阻如何变化？原、副线圈的电压如何变化？提示：①负载电阻变大。②原、副线圈电压不变。（2）请分析当开关由a扳向b时，原、副线圈电压的变化。提示：①原线圈电压不变。②副线圈电压变大。【解析】选C。原线圈输入电压的有效值为220V，由电压比及电表测得的有效值可知，当单刀双掷开关与a连接时，副线圈输出电压U2＝22V，而U2＝UR0＋UV1，所以电压表V1的示数小于22V，A错；由瞬时值表达式可知当时，电压瞬时值为V，即156V，而电压表示数为有效值，则电压表V0的读数为220V，B错；单刀双掷开关与a连接，1122UnUn＝1ts600＝1102当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，R接入电路的阻值增大，而U2不变，电流表示数减小，电压表V1示数增大，C对；当单刀双掷开关由a扳向b时，变压器原线圈匝数减小，所以副线圈输出电压增大，电压表V1和电流表的示数均变大，D错。【总结提升】变压器动态问题分析的思路流程211222121122111UUnIRUnPP(IUIUPIU12211UUIIP负载）决定决定决定决定。【变式训练】(2014·漳州模拟)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1,原线圈接交流电源和交流电压表,副线圈通过电阻为R的导线与热水器、抽油烟机连接。已知原线圈两端的电压保持不变,副线圈上的电压按图乙所示规律变化,现闭合开关S接通抽油烟机,下列说法正确的是()A.电压表示数为220VB.抽油烟机上电压的瞬时值表达式为C.热水器的实际功率减小D.变压器的输入功率减小u2202sin100tV【解析】选C。由图乙知副线圈的电压峰值为则电压表测得原线圈的电压的有效值为1100V，故选项A错误。由图乙知ω==100πrad/s，初相为0°，故副线圈两端电压的瞬时值表达式为u=Umsin(ωt)=但导线电阻R会分得一部分电压，抽油烟机获得的电压会偏小，故B错误。对副线圈接通抽油烟机后，总电阻减小，总电流增大，热水器的电压U=U2-I2R减小，故热水器的实际功率减小，选项C正确。由P1=P2=U2I2知，输出功率增大，则输入功率增大，故选项D错误。mU2202V，m2UU220V2，1122nUU1100Vn，2T2202sin(100t)V，22UIR总考点3远距离输电问题的分析【考点解读】1．远距离输电的分析思路对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”或从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。解题技巧2．远距离高压输电的几个基本关系(以图为例)(1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3。(2)电压、电流关系：(3)输电电流：(4)输电线上损耗的电功率：当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的。3311242214432323UnUnIIUnIUnIUUUIII线＝＝，＝＝，＝＋，＝＝。323223PUUPIUUR线线－＝＝＝。2222PPIUIR()RU损线线线线＝＝＝。21n【典例透析3】一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻为R=1kΩ。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡（220V60W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()A.T1原、副线圈电流分别为103A和10AB.T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220VC.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D.有8×104盏灯泡（220V60W）正常发光【解题探究】（1）画出远距离输电的模型图，并在图上标出各个参量。提示：（2）分析升压变压器和降压变压器的功率和电压关系。提示：①功率关系：P1=P损+P2。②电压关系：U2=U损+U3。(3)写出变压器原、副线圈的电压比和电流比。提示：33112244UnUnUnUn①电压比：，。31242143IInnInIn②电流比：，。【解析】选B。远距离输电的模型如图所示。T1原线圈的电流为输电线路上损失的功率为选项A错误；T1的原、副线圈匝数33111P400010IA11