第二课时 变压器 电能的输送

第2讲变压器电能的输送一、理想变压器1．构造：如图1所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

图1(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。

(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。

2．原理：电磁感应的互感现象。

3．理想变压器原、副线圈基本量的关系理想变压器(1)没有能量损失(绕线无电阻、铁芯无涡流)(2)没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系根据能量守恒可得：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝P出电压关系原、副线圈的电压之比等于其匝数之比，公式U1U2＝n1n2，与负载、副线圈的个数无关电流关系(1)只有一个副线圈时：I1I2＝n2n1(2)有多个副线圈时：由P入＝P出得I1U1＝I2U2＋I3U3＋…＋I n U n或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋I n n n频率关系f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)4.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器，如图2甲(降压作用)、乙(升压作用)所示。

图2(2)互感器电压互感器(n1＞n2)：把高电压变成低电压，如图丙所示。

电流互感器(n1＜n2)：把大电流变成小电流，如图丁所示。

二、电能的输送如图3所示。

图31．输电电流：I＝PU＝P′U′＝U－U′R。

2．电压损失(1)ΔU＝U－U′(2)ΔU＝IR 3．功率损失(1)ΔP＝P－P′(2)ΔP＝I2R＝(P U) 2R4．减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电线的电阻R。

由R＝ρlS知，可加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线。

(2)减小输电线中的电流。

在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压。

【自测采用220 kV高压向远方的城市输电。

当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的14，输电电压应变为()A．55 kV B．110 kVC．440 kV D．880 kV答案 C解析设输送功率为P，则有P＝UI，其中U为输电电压，I为输电电流。

第2讲变压器电能的输送[课标要求]1．通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系，知道远距离输电时通常采用高压输电的原因。

2．了解发电机和电动机工作过程中的能量转化，认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用。

考点一变压器的工作原理与基本关系1．构造和原理(1)构造：如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

(2)原理：利用电磁感应的互感现象。

2．基本关系式(1)功率关系：P 1＝P 2。

(2)电压关系：只有一个副线圈时，U 1n 1＝U 2n 2；有多个副线圈时，U 1n 1＝U 2n 2＝U 3n 3＝…＝U n n n。

(3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1；有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n 。

(4)频率关系：f 1＝f 2(变压器不改变交变电流的频率)。

【高考情境链接】(2023·广东高考·改编)用一台理想变压器对电动汽车充电，该变压器原、副线圈的匝数比为1∶2，输出功率为8.8kW ，原线圈的输入电压u ＝2202sin (100πt )V 。

判断下列说法的正误：(1)副线圈输出电压的最大值为1102V。

(×)(2)副线圈输出电压的有效值为440V。

(√)(3)副线圈输出电流的有效值为20A。

(√)(4)副线圈输出电流的频率为50Hz。

(√)1．变压器原、副线圈的物理量间的制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和原、副线圈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和原、副线圈匝数比决定2．含有多个副线圈的变压器的电路分析副线圈有两个或两个以上时，一般从原、副线圈的功率相等入手。

利用P1＝P2＋P3＋…，结合原、副线圈电压关系、欧姆定律等分析。

3．变压器原线圈所在电路中含有负载问题的分析(1)将原线圈看作用电器，在原线圈电路中可应用串、并联电路规律、闭合电路的欧姆定律等。

第2课时　变压器　电能的输送【备考建议】 1.理想变压器的原理,掌握理想变压器原、副线圈的功率关系、电压关系及电流关系,并会进行有关计算.2.能利用功率、电压、电流关系对变压器进行动态分析.3.会计算远距离输电问题中线路损失的功率和电压.考点一　理想变压器的原理和基本关系1.变压器的原理教材再现 现象是变压器工作的基础.电流通过原线圈时在铁芯中激发 ,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断 ,变化的磁场在副线圈中产生 电动势.在输入电压一定时,原、副线圈取不同的匝数,副线圈输出的电压也不一样.互感磁场变化感应2.理想变压器的基本关系(1)功率关系: .P 入=P 出降压升压3.几种常见的变压器(1)自耦变压器——调压变压器() , ()2 , ().⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩电压互感器:把高变成低其原线圈匝数填“多于”或“少于”副线圈匝数.互感器电流互感器:把大变成小其原线圈匝数填“多于”或“少于”副线圈匝数电压 电压 多于电流电流少于(2)电流决定关系:输出电流I2决定输入电流I1.(3)功率决定关系:输出功率P出决定输入功率P入,也可简记为“用决定供”【典例1】 (2016·全国Ⅲ卷,19)(多选)如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光,下列说法正确的是( )A.原、副线圈匝数之比为9∶1B.原、副线圈匝数之比为1∶9C.此时a和b的电功率之比为9∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶9AD(2)输入电压U等于灯a与变压器原线圈两端电压之和.反思总结 关于理想变压器的四点注意(1)变压器不能改变直流电压.(2)变压器只能改变交流的电压和电流,不能改变交流的频率.(3)理想变压器本身不消耗能量.(4)理想变压器基本关系中的U1,U2,I1,I2均为有效值.【即时训练1】 (2018·贵州黔东南州模拟)(多选)如图,将额定电压为60 V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上,闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A,以下判断正确的是( )A.变压器输入功率为132 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3ABD【即时训练2】 如图所示,接在理想变压器回路中的四个规格相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比n1∶n2∶n3为( )A.1∶1∶1B.3∶2∶1C.6∶2∶1D.2∶2∶1B考点二　理想变压器的动态分析1.匝数比不变、负载发生变化的情况(如图)(2)当负载电阻发生变化时,I 2变化,输出电流I 2决定输入电流I 1,故I 1发生变化.(3)I 2变化引起P 2变化,P 1=P 2,故P 1发生变化.2.负载电阻不变、匝数发生变化的情况(如图)(2)R不变,U 2改变,故I 2发生变化.【典例2】 (2018·福建南平检测)(多选)如图所示,由于理想变压器原线圈的输入电压降低,使电灯L变暗,下列哪些措施可以使电灯L重新变亮( )A.其他条件不变,P 1上移,同时P 2下移B.其他条件不变,P 1下移,同时P 2上移C.其他条件不变,断开开关SD.其他条件不变,将滑动变阻器滑动片P向下移动BC 〚思路点拨〛 (1)P 1,P 2移动影响原、副线圈匝数.(2)开关S、滑片P的变化影响负载变化.题后反思 理想变压器动态分析的两点注意(1)弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系——U2由U1和匝数比决定;I2由U2和负载电阻决定;I1由I2和匝数比决定.(2)要明确“不变量”和“变化量”,从主动变化量开始,根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况.【即时训练3】 (2018·西安市长安区联考)如图(甲)所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1, 、 均为理想电表,R为光敏电阻(其阻值随光强增大而减小),L1和L2是两个完全相同的灯泡.原线圈接入如图(乙)所示的正弦交流电压u,下列说法正确的是( ) A.灯L1两端电压的频率为100 HzB.电压表V的示数为22 VC.当光强增大时,变压器的输入功率变大D.当L1的灯丝烧断后,电压表V示数变小C【即时训练4】 有一种调压变压器的构造如图所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C,D之间加上输入电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压.图中A为交流电流表,V为交流电压表,R1,R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C,D两端接正弦交流电源,变压器可视为理想变压器,则下列说法正确的是( )A.当R3不变,滑动触头P顺时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小B.当R3不变,滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小C.当P不动,滑动变阻器滑动触头向上滑动时,电流表读数变小,电压表读数变小D.当P不动,滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变大A考点三　远距离输电横截面积输电电压(2)减小输电导线中的输电电流:由P=UI可知,当输送功率一定时,提高 ,可以减小输电电流.2.远距离输电(1)输电过程(如图所示):升压变压器 降压变压器(2)远距离高压输电的几个基本关系①功率关系:P1=P2,P3=P4,P2= +P3.P损ΔU 23U U R 线AC题后反思 远距离输电问题应注意以下几点(1)画出输电线路图.(2)将输电线路划分为几个独立回路.(3)升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等.(4)输电线长度等于距离的2倍,计算线路功率损失一般用P损=I2R线.BD【即时训练6】 图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1,n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsinωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )C知能拓展回顾　高考模拟增分【课时小结】【高考模拟】B2.(变压器基本原理)(2016·全国Ⅰ卷,16)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1,R2和R3的阻值分别为3 Ω,1 Ω和4 Ω. 为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定,当开关S断开时,电流表的示数为I,当S闭合时,电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为( )A.2B.3C.4D.5B3.(远距离输电)(2014·浙江卷,15)如图所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2.则( )A4.(变压器的动态分析)(2016·天津卷,5)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大B【拓展增分】用等效法处理变压器问题在只有一个副线圈的变压器电路中,用等效负载电阻公式进行计算,能降低难度,使问题简单明了化.下面就变压器等效负载电阻公式的推导做以下分析.如图(a)中的变压器为理想变压器,原、副线圈的匝数之比为n1∶n2,副线圈与阻值为R的电阻接成闭合电路,虚线框内部分可等效看成一个电阻R′.当变压器原线圈、电阻R′两端[如图(b)所示]都接到电压为U1的交流电源上,且R 与R′消耗的电功率相等时,R′即为虚线框内的等效电阻.【示例1】 (多选)如图所示,变压器为理想变压器,交流电源电压恒定,灯泡L 1串联在原线圈回路中,灯泡L2,L3为副线圈的负载,开关S断开时,灯泡L1,L2的亮度与断开前相比( ) A.L1亮度不变B.L1的亮度减弱C.L2亮度不变D.L2亮度增强BD【示例2】 (多选)如图为理想变压器,原副线圈的匝数比为n1∶n2=3∶1,且分别接有阻值相同的电阻R1和R2,交流电源电压恒为U,则此时( )AD练。