变压器、电能输送
基础知识 一、变压器
1理想变压器的构造、作用、原理及特征
构造：两组线圈(原、副线圈)绕在同一个闭合铁芯上构成变压器. 作用：在输送电能的过程中改变电压. 原理：其工作原理是利用了电磁感应现象.
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交变电流的电能过程中改变交变电压.
2.理想变压器的理想化条件及其规律.
在理想变压器的原线圈两端加交变电压 U l 后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生
感应电动势,
根据法拉第电磁感应定律有： E n 一1，
E 2
n 2
—2 (①忽略原、副线圈内阻，有
U 1 = E 1，
U 2= E 2；②另外，考虑
到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原，副线圈的磁感线条数都相等，于是又有 由此便可得理想变压器的电压变化规律为
出 21
U 2 n 2
再忽略变压器自身的能量损失 (一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”
和
有 P 1=P 2 (而 P 1 = I 1“ ， P 2 = I 2U 2)
于是又得理想变压器的电流变化规律为 U 1I 1 U 2I 2,
I l 72
n 2
由此可见: (1)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、副线圈磁通量的差别, 忽略变压器自身
的能量损耗(实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别. (2)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条件下的新的表现形式. 3、规律小结 (1)熟记两个基本公式：① U
1 21，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。
U 2 n 2 ②P 入=P 出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。 ⑵原副线圈中通过每匝线圈的磁通量的变化率相等. (3)原副线圈中电流变化规律一样，电流的周期频率一样 ⑷公式S 丄，生中，当原线圈中
U 2 巧 12 n 2
U 1、11代入有效值时，副线圈对应的 U 2、I 2也是有效值,
当原线圈中 U i 、I l 为最大值或瞬时值时，副线圈中的 U 2、12也对应最大值或瞬时值.
(5)需要特别引起注意的是:
“铁损
电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载.”。“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率。实际上，R越大，.负载越小;.R越小，.负载越大。这一点在审题时要特别注意。
(6) 当副线圈中有二个以上线圈同时工作时，U i/U2/U3=n i/n2/n3，但电流不可上些，此情况必须用原副线圈功率相等来求电流.
匸尺
(7) 变压器可以使输岀电压升高或降低，但不可能使输岀功率变大?假若是理想变压器?输岀功率也不可能减少.
(8) 通常说的增大输岀端负载，可理解为负载电阻减小；同理加大负载电阻可理解为减小负载.
4、几种常用的变压器
(1)自耦变压器
图是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的
一部分，就可以降低电压；如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。
调压变压器：就是一种自耦变压器，它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上。AB之间加上输入电压U i。移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2。
(2)互感器互感器也是一种变压器。
交流电压表和电流表都有一定的量度范围，不能直接测量高电压和大电流。用变压器把高电压变成低电压，或者把大电流变成小电流，这个问题就可以解决了。这种变压器叫做互感器。互感器分电压互感器和电流互感器两种。
a、电压互感器
电压互感器用来把高电压变成低电压，它的原线圈并联在高压电路中，副线圈上接入交流电压表。根据电压表测得的电
压U2和铭牌上注明的变压比(U 1/U2)，可以算岀高压电路中的电压。为了工作安全，电压互感器的铁壳和副线圈应该接地。
b、电流互感器
电流互感器用来把大电流变成小电流。它的原线圈串联在被测电路中，副线圈上接入交流电流表。根据电流表测得的电
流I 2和铭牌上注明的变流比
(I 1/I 2)，可以算出被测电路中的电流。
如果被测电路是高压电路，为了工作
安全，同样要把电流互
②变压器的输入功率由输岀功率决定，往往用到:
P l U1I1
n2U1 /R，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈
感器的外壳和副线圈接地
二、电能输送
2
P
1 电路中电能损失 P 耗=I 2R= — R ,切不用U 2/R 来算，当用此式时，U 必须是降在导线上的电压，电压不能用输电电压来计算.
U
2.远距离输电。
包括发电机，两台变压器，输电线等效电阻和负载电阻.并按照规范在图中标出相应的物理量符号。
一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为
n i ，n 「n 2, n 2,相应的电流、电压、功率也应该采用相应的符号来表示。
⑴减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积，当然选择前者。
⑵若输电线功率损失已经确定，那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢 材和水泥，还能少占
用土地。
需要引起注意的是课本上强调：输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关 压较高、导线截面积较大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的还要大。
规律方法I 一、解决变压器问题的常用方法
解题思路1电压思路.变压器原、副线圈的电压之比为 U 1/U 2=n 1/n 2;当变压器有多个副绕组时 U 1/n 1=U 2/r ）2=U 3/n 3= ............ 解题思路2功率思路.理想变压器的输入、输出功率为
P 入=P 出，即P 1 = P 2；当变压器有多个副绕组时
P 1 = P 2+P 3+……
解题思路3电流思路.由I=P/U 知，对只有一个副绕组的变压器有 I 〃l 2=n 2/n 1;当变压器有多个副绕组时 ml 1=n 2l 2+n 3l 3+ 解题思路4 （变压器动态问题）制约思路
（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n 1/n 2）—定时，输出电压 U 2由输入电压决定，即 U 2=n 2U 1/n 1，可简述为 “原制约副”. （2）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n"n 2）—定，且输入电压 U 1确定时，原线圈中的电流
l 1由副线圈中的输
一定要画岀远距离输电的示意图来,
从图中应该看出 功率关系是：R
R,F 2 F 2 ,R P- P>
;
电压关系是：Ui 2L ,U L 2L ,U I U 1 n 1 U 2 n 2 '
U U 电流关系是：
|
1
n
1
1
2
n
2
—，~
，1
1
1
r
n 1 12
n 2
I 2
可见其中电流之间的关系最简单,
I 1,I r , I 2中只要知道一个，另两个总和它相等。
因此电流往往是这类问题的突破口。
输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的
。分析和计算时都必须用
P -
l ；r,U r l r r ,而不能用
U i 2 r
特别重要的是：要求会分析输电线上的功率损失
p -
U 1
2
P i
1 U i 2S
，由此得出结论:
。当输电线路电
出电流I 2决定，即I i =nd 2/n i ，可简述为“副制约原”
动态分析问题的思路程序可表示为:
△① 1/ △ t= △① 2/ △ t+ △① 3/4 t,
此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于稳压或恒定电流的情况
(3)负载制约：①变压器副线圈中的功率
P 2由用户负载决定, P 2=P 负 l + P 负 2+
?…；
②变压器副线圈中的电流
I 2由用户负载及电压
U 2确定，I 2=P 2/U 2；③总功率P 总=P 线+P 2.
匕 21 I
U
2
U 1
^2 n 2 U 2 R 负载］P
决定 2
决定
2
F 2(I i U i
I 2U 2)
决定
I
1
P i I 1U 1 P I
决定
解题思路5原理思路.变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中厶
①/△ t 相等；当遇到“
”型变压器时有