高中物理专题:变压器及远距离输电
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高中物理远距离输电在电力系统中,电能从发电厂输送到用户端需要经过长距离的传输。
由于发电厂和用户之间的距离往往较远,因此需要采取一些措施来确保电能能够安全、高效地传输。
高中物理课程中涉及到的远距离输电原理和基础知识,对于我们了解电力系统的基本概念和解决相关问题具有重要意义。
一、远距离输电的基本原理在远距离输电中,发电厂将产生的电能通过升压变压器升压,然后通过高压输电线路传输到降压变压器,最后将电压降低到用户端所需要的电压等级,输送到用户端。
在这个过程中,升压变压器将电压升高,使得电流减小,从而降低传输过程中的电能损失。
二、远距离输电的优缺点远距离输电的优点主要包括:1、能够将电能输送到较远的距离,覆盖更大的供电范围;2、传输容量大,能够满足大型城市和工业园区的电力需求;3、传输效率较高,能够减少传输过程中的电能损失。
远距离输电的缺点主要包括:1、建设成本较高,需要投入大量资金建设输电线路和配套设施;2、容易受到气候、地理环境等因素的影响,如雷击、冰灾等自然灾害会对输电线路造成损害;3、需要采取措施来保护环境和生态平衡,避免在输电线路建设过程中对环境和生态造成破坏。
三、高中物理课程中的远距离输电知识在高中物理课程中,远距离输电是电磁感应和交流电理论应用的一个重要方面。
学生需要了解变压器的工作原理、交流电的频率和波形、三相交流电的产生和传输等方面的知识。
学生还需要了解输电线路的电阻和电感对传输电流的影响,以及如何采取措施来降低传输过程中的电能损失。
四、结论远距离输电是电力系统中的重要组成部分,对于保障人们的生产和生活用电需求具有重要意义。
高中物理课程中涉及到的远距离输电原理和基础知识是理解电力系统基本概念和解决相关问题的基础。
在未来的学习和工作中,我们还需要进一步深入学习和研究电力系统中的远距离输电技术,为保障电力系统的安全、稳定、高效运行做出贡献。
顾城的《远和近》是一首极富哲理性和情感深度的小诗,它以独特的视角揭示了人际关系中的微妙复杂性和心理距离的深远影响。
高中物理-变压器、电能输送知识点基础知识一、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U1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:,忽略原、副线圈内阻,有U1=E1,U2=E2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在此基础上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“铁损”),有P1=P2 而P1=I1U1 P2=I2U2于是又得理想变压器的电流变化规律为由此可见:(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:即对同一变压器的任意两个线圈,都有电压和匝数成正比。
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。
(2)原副线圈中过每匝线圈通量的变化率相等.(3)原副线圈中电流变化规律一样,电流的周期频率一样(4)公式中,原线圈中U1、I1代入有效值时,副线圈对应的U2、I2也是有效值,当原线圈中U1、I1为最大值或瞬时值时,副线圈中的U2、I2也对应最大值或瞬时值.(5)需要特别引起注意的是:①只有当变压器只有一个副线圈工作时,才有:②变压器的输入功率由输出功率决定,往往用到:,即在输入电压确定以后,输入功率和原线圈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。
知识回顾1.理想变压器的基本规律 P 1=P 2U 1U 2=n 1n 2 I 1I 2=n 2n 12.远距离输电回路1:发电机回路P 1=I 1U 1回路2:输送电路I 2=I 3=I R ,U 2=U 3+U R ,P 2=P R +P 3 回路3:输出电路I 4=I 用,U 4=U 用,P 4=P 用 规律方法1.理想变压器问题中的两个“弄清”(1)弄清变量和不变量.如原线圈电压不变,原、副线圈的匝数比不变,其他物理量可随电路的变化而发生变化.(2)弄清动态变化过程中的决定关系,如U 2由U 1决定,P 1、I 1由P 2、I 2决定. 2.理想变压器问题的分析流程 (1)由U 1U 2=n 1n 2分析U 2的情况; (2)由I 2=U 2R分析I 2;(3)P 1=P 2=I 2U 2判断输入功率的情况; (4)由P 1=I 1U 1分析I 1的变化情况.(5)对于一原线圈多副线圈,有U 1n 1=U 2n 2=…=U nn nn 1I 1=n 2I 2+n 3I 3+…+n n I n P 1=P 2+P 3+P 4+…+P n 变压器动态变化分析方法(1)变压器动态分析常见的两种情况①负载不变,匝数比变化; ②匝数比不变,负载变化. (2)处理此类问题应注意三点 ①根据题意分清变量和不变量;②要弄清“谁决定谁”的制约关系——电压是输入决定输出,电流和功率是输出决定输入; ③动态分析顺序: a .由U 1和n 1n 2决定U 2;b .由负载电阻R 和U 2决定I 2;c .由P 2=U 2I 2,确定P 1;d .由P 1=U 1I 1,确定I 1. 例题分析【例1】 (2016年高考·江苏卷)一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a 、b 间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c 、d 间作为副线圈.在a 、b 间输入电压为U 1的交变电流时,c 、d 间的输出电压为U 2.在将滑动触头从M 点顺时针旋转到N 点的过程中( )A .U 2>U 1,U 2降低B .U 2>U 1,U 2升高C .U 2<U 1,U 2降低D .U 2<U 1,U 2升高 【答案】 C【例2】 (多选)如图所示,理想变压器的原、副线圈分别接理想电流表A 、理想电压表V ,副线圈上通过输电线接有一个灯泡L 、一个电吹风M ,输电线的等效电阻为R ,副线圈匝数可以通过调节滑片P 改变.S 断开时,灯泡L 正常发光,滑片P 位置不动,当S 闭合时,以下说法中正确的是( )A .电压表读数增大B .电流表读数减小C .等效电阻R 两端电压增大D .灯泡变暗 【答案】CD【例3】 (多选)(2017年哈尔滨模拟)如图甲所示为一交变电压随时间变化的图象,每个周期内,前二分之一周期电压恒定,后二分之一周期电压按正弦规律变化.若将此交流电连接成如图乙所示的电路,电阻R 阻值为100 Ω,则()A .理想电压表读数为100 VB .理想电流表读数为0.75 AC .电阻R 消耗的电功率为56 WD .电阻R 在100秒内产生的热量为5 625 J 【答案】 BD【解析】 根据电流的热效应,一个周期内产生的热量:Q =U 2RT =2R×12T +5022R ×12T ,解得U =75 V ,A 错误;电流表读数I =UR =0.75 A ,B 正确;电阻R 消耗的电功率P =I 2R =56.25 W ,C 错误;在100秒内产生的热量Q =Pt =5 625 J ,D 正确.学科*网专题练习1.(多选)(2017年天津滨海新区联考)如图所示,匀强磁场的磁感应强度B =22T ,单匝矩形线圈面积S =1 m 2,电阻r =403Ω,绕垂直于磁场的轴OO ′匀速转动.线圈通过电刷与一理想变压器原线圈相接.电表为理想电表,两个完全相同的电灯泡,标称值为“20 V ,30 W”,且均正常发光,电流表A 1的示数为1.5 A .则以下说法正确的是( )A .电流表A 1、A 2的示数之比2∶1B .理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1C .线圈匀速转动的角速度ω=120 rad/sD .电压表的示数为40 2 V 【答案】:BC2.(多选)如图甲为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1,远距离输电线的总电阻为100 Ω.若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为750 kW.下列说法中正确的有 ( )A .用户端交流电的频率为50 HzB .用户端电压为250 VC .输电线中的电流为30 AD .输电线路损耗功率为180 kW 【答案】:AC3.如图所示电路,电阻R 1与电阻R 2阻值相同,都为R ,和R 1并联的D 为理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),在A 、B 间加一正弦交流电u =202sin100πt (V),则加在R 2上的电压有效值为( )A .10 VB .20 VC .15 VD .510 V【答案】:D【解析】:电压值取正值时,即在前半个周期内,二极管电阻为零,R 2上的电压等于输入电压值;电压值取负值时,即在后半周期内,二极管电阻无穷大,可看作断路,R 2上的电压等于输入电压值的一半,因此可设加在R 2上的电压有效值为U ,根据电流的热效应,在一个周期内满足U 2R T =2R·T 2+2R·T 2,解得U =510V ,选项D 正确.4.(多选)(2017年嘉兴模拟)如图所示,理想变压器与电阻R 、交流电压表V 、交流电流表A 按图甲所示方式连接,已知变压器的原、副线圈的匝数比为n 1n 2=101,电阻R =10 Ω,图乙是R 两端电压U 随时间变化的图象,U m =102V.下列判断正确的是( )A .电压表V 的读数为10 VB .电流表A 的读数为210A C .变压器的输入功率为10 WD .通过R 的电流i R 随时间t 变化的规律是i R =cos100πt (A) 【答案】:AC5.(2017年山东枣庄调研)图甲中的变压器为理想变压器,原线圈匝数n 1与副线圈匝数n 2之比为10∶1,变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交流电,三个阻值均为20 Ω的电阻R 1、R 2、R 3和电容器C 构成的电路与副线圈相接,其中,电容器的击穿电压为8 V ,电压表V 为理想交流电表,开关S 处于断开状态,则( )A .电压表V 的读数约为7.07 VB .电流表A 的读数为0.05 AC .电阻R 2上消耗的功率为2.5 WD.若闭合开关S,电容器会被击穿【答案】:AC6.如图所示,理想变压器的原线圈两端接高压交变电源,经降压后通过电阻为R的输电线接用电器,两块电表分别是交流电流表和交流电压表,原先开关是闭合的.今将S断开时,电流表和电压表的示数及输电导线上损失的功率变化情况是()A.增大,增大,增大B.减小,减小,减小C.增大,减小,减小D.减小,增大,减小【答案】D【解析】U1由高压交变电源决定,不变,根据=可知,U2不变,当S断开时,负载电阻变大,副线圈中电流I2=,I2变小;U损=I2R线,U损变小.电压表读数U=U2-U损,变大;P损=I R线,变小.P入=U1I1=P出=U2I2,P出变小,所以I1变小。
变压器 远距离输电练习一、选择题1.将输入电压为220 V ,输出电压为6 V 的理想变压器改绕成输出电压为30 V 的理想变压器.已知原线圈匝数不变,副线圈原来是30匝,则副线圈新增匝数为( )A .120匝B .150匝C .180匝D .220匝2.用220 V 的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V ,通过负载的电流图像如图所示,则( )A .变压器输入功率约为3.9 WB .输出电压的最大值是110 VC .变压器原、副线圈匝数比是1∶2D .负载电流的函数表达式i =0.05sin ⎝⎛⎭⎪⎫100πt +π2 A3.远距离输电的原理图如图所示, 升压变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2, 电压分别为U 1、U 2,电流分别为 I 1、I 2,输电线上的电阻为R.变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )A.I 1I 2=n 1n 2 B .I 2=U 2RC .I 1U 1=I 22RD .I 1U 1=I 2U 24.如图所示的变压器,接如图甲所示的交流电时,灯泡正常发光,电容器能正常工作,现将电源换成如图乙所示的交流电,则( )A.由于乙交变电流的周期短,因此灯泡比第一次亮B.由于乙的频率比甲的大,因此电容器有可能被击穿C.无论接甲电源,还是接乙电源,若滑动触头P向上移动,灯泡都变暗D.若将原线圈n1的匝数增加,灯泡消耗的功率将变大5.(多选)有4个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原、副线圈中,电源输出电压U恒定不变,如图所示.若将该线路与交流电源接通,且开关S接在位置1时,4个灯泡发光亮度相同;若将开关S接在位置2时,灯泡均未烧坏.则下列说法正确的是( )A.该变压器是降压变压器,原、副线圈匝数比为4∶1B.该变压器是降压变压器,原、副线圈匝数比为3∶1C.当接位置2时副线圈中的灯泡仍能发光,只是亮度变亮D.当接位置2时副线圈中的灯泡仍能发光,只是亮度变暗6.(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有一只电阻,阻值关系为R 2=2R 1,原线圈接到交变电压上后,电阻R 1上的电压是电阻R 2上的电压的3倍,下面说法正确的是( )A .变压器原、副线圈匝数比为1∶6B .变压器原、副线圈匝数比为6∶1C .R 2上的电压等于电源电压U 的19D .R 2上的电压等于电源电压U 的6197.如图所示,一个匝数为N =100匝的线圈以固定转速50 r/s 在匀强磁场中旋转,其产生的交流电通过一匝数比为n 1∶n 2=10∶1的理想变压器给阻值R =20 Ω的电阻供电.已知电压表的示数为20 V ,从图示位置开始计时,下列说法正确的是( )A .t =0时刻流过线圈的电流最大B .原线圈中电流的有效值为10 AC .穿过线圈平面的最大磁通量为250π WbD .理想变压器的输入功率为10 W8.(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低.我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术.假设从A 处采用550 kV 的超高压向B 处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP ,到达B 处时电压下降了ΔU.在保持A 处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV 特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP ′,到达B 处时电压下降了ΔU ′.不考虑其他因素的影响,则( )A .ΔP ′=14ΔPB .ΔP ′=12ΔPC .ΔU ′=14ΔUD .ΔU ′=12ΔU9.(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、副线圈匝数比为9∶1B .原、副线圈匝数比为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∶910.(多选)如图所示的电路中,P 为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U 1不变,闭合开关S ,下列说法正确的是( )A .P 向下滑动时,灯L 变亮B .P 向下滑动时,变压器的输出电压不变C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大11.如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=4∶1.变压器原线圈通过一理想电流表A接U=2202sin 100πt(V)的正弦交流电,副线圈接有三个规格相同的灯泡和两个二极管,已知两二极管的正向电阻均为零,反向电阻均为无穷大,不考虑温度对灯泡电阻的影响.用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为U ab和U cd,下列分析正确的是( )A.U ab=220 V,U cd=55 VB.流经L1的电流是流经电流表的电流的2倍C.若其中一个二极管被短路,电流表的示数将不变D.若通电1小时,L1消耗的电能等于L2、L3消耗的电能之和12. (多选)在图(a)所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表.已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示.下列说法正确的是( )A.所用交流电的频率为50 HzB.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W13.图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示.灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V.定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω.为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )A.1 Ω B.5 ΩC.6 Ω D.8 Ω二、非选择题14.某发电厂引进秸秆焚烧发电机设备,该发电机输出功率为40 kW,输出电压为400 V,用变压比(原、副线圈匝数比)为n1∶n2=1∶5的变压器升压后向某小区供电,输电线的总电阻为r=5 Ω,电能到达该小区后再用变压器降为220 V.(1)画出输电过程的电路示意图;(2)求输电线上损失的电功率;(3)求降压变压器的变压比n3∶n4.15.从发电站输出的功率为220 kW,输电线的总电阻为0.1 Ω,用220 V和22 kV两种电压输电.两种情况下输电线上由电阻造成的电能的损耗之比是多少?16.1897年,举世闻名的“尼亚加拉”水电站在美丽的尼亚加拉瀑布建成,现已使用100多年.当时世界各地都在使用费用高昂的直流电(因为使用直流电时必须每隔一公里建设一套发电机组),而“尼亚加拉”水电站采用了特斯拉发明的交流电供、输电技术,用高压电实现了远距离供电.若其中某一发电机组设计为:发电机最大输出功率为P =100 kW ,输出电压为U 1=250 V ,用户需要的电压为U 2=220 V ,输电线电阻为R =10 Ω,输电线中因生热而损失的功率为输送功率的4%.(1)画出此输电线路的示意图;(2)求在输电线路中设置的升压变压器的原、副线圈匝数比; (3)求降压变压器的最大输出电流I 3.(结果保留整数) 答案:1. A 2. A 3. D 4. C 5. BC 6. AD 7.C 8. AD 9. AD 10. BD 11. D 12. AD 13. A 14. (1)输电过程,电路示意图如图所示.(2)因为U 1U 2=n 1n 2输电电压U 2=n 2n 1U 1=2 000 V因为P 输=U 2I 2 解得输电电流I 2=20 A输电线上损失的功率P 损=I 22r =(20 A)2×5 Ω=2 000 W(3)输电线上损失的电压 U 损=I 2r =20 A ×5 Ω=100 V 降压变压器的输入电压U 3=U 2-U 损=2 000 V -100 V =1 900 V 降压变压器的变压比 n 3n 4=U 3U 4=1 900 V 220 V =951115. 由题意知输电线上的电流I =P U ,则输电线的P 损=I 2r =⎝ ⎛⎭⎪⎫P U 2r设220 V 和22 kV 两种电压输电下损失的功率分别为P 1、P 2 则W 1W 2=P 1t P 2t =⎝ ⎛⎭⎪⎫U 2U 12=104∶1 16. (1)输电线路示意图如图所示.(2)输电过程中损失的功率:P 损=ηP 通过R 的电流:I 2=P 损R发电机的输出电流:I 1=PU 1升压变压器的原、副线圈匝数比 n 1n 2=I 2I 1=ηP R ·U 1P =120(3)用户得到的最大功率:P用=P(1-η),降压变压器的最大输出电流I 3=P 用U 2=P (1-η)U 2=436 A。
变压器和远距离输电重点突破知识点一理想变压器的原理及基本关系式由于理想变压器没有漏磁和能量损失,所以穿过原、副线圈的磁通量ф相等,磁通量的变化率△ф/△t 也总是相等,这种使原、副线圈产生的感应电动势与原、副线圈的匝数成正比.故变压器的工作原理是电磁感应(互感现象).变压器的基本规律可概括为“三变三不变”,即:可改变交流的电压、电流、等效电阻;不能改变功率、频率和直流的电压。
变压器的变压比: U 1/n 1 = U 2/n 2= U 3/n 3 =… = ΔU /Δn = k变压器的变流比: n 1I 1=n 2I 2+n 3I 3+…… 理想变压器的输入功率由输出功率决定:2211222222111/R n U n R U U I U I P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==== 【应用1】如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数之比为n 1:n 2=4:1,原线圈回路中的电阻A 与副线圈回路中的负载电阻B 的阻值相等。
a 、b 端加一定交变电流电压后,两电阻消耗的电功率之比P A :P B = 和电阻两端的电压之比U A :U B = 。
知识点二远距离输电1、远距离输电示意图2、几个常用关系式:若发电站输出电功率为P ,输出电压为U ,用户得到的电功率为P ’,用户得到的电压为U ’,输电导线的总电阻为R 。
(如图) ①导线损失的电压△U=U-U ’=IR 。
②输电电流I=P/U=(U-U ’)/R 。
③输电导线上损失的电功率P 损= P-P ’=I 2R=P 2R/U 2。
由以上公式可知,当输送的电功率一定时,输电电压增大到原来的n 倍,输电导线上损耗的功率就减少到原来的1/n 2。
【应用2】 学校有一台应急备用发电机,阻为r =1Ω,升压变压器匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻为R =4Ω,全校22个教室,每个教室用“220V ,40W ”的灯6盏,要求所有灯都正常发光,则: (1)发电机的输出功率多大?(2)发电机的电动势多大?(3)输电线上损耗的电功率多大?Bn 1 n 2AabU~【应用3】17、三峡水利工程中某一水电站发电机组设计为:水以v1=3m/s的速度流入水轮机后以v2=1m/s的速度流出,流出水位比流放水位低10m,水流量为Q=103m3/s.水轮机效率为75%,发电机效率为80%,试问:(1)发电机的输出功率是多少?(2)如果发电机输出电压为240V,用户所需电压为220V,输电线路中能量损耗为5%,输电线的电阻共为12Ω,那么所需用升、降压变压器的原副线圈匝数比分别是多少?【应用4】19、如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数n1∶n2=3∶l,原线圈电路中接有一量程为3A的理想交流电流表,副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及若干“6V、6W”的相同灯泡,原线圈输入如图乙所示的交变电压。
变压器及远距离输电实验报告(一)变压器及远距离输电实验报告引言在电力传输领域,变压器及远距离输电是至关重要的技术。
变压器能够通过改变电压大小,在输电过程中实现电能的高效传输。
本实验报告旨在介绍变压器及远距离输电的原理、实验过程和结果分析。
变压器原理1.变压器的组成:变压器主要由铁芯和线圈组成。
铁芯能够提高磁路的磁通密度,从而实现电能的有效传输。
线圈则通过互感作用将输入电压转换为输出电压。
2.变压器的工作原理:根据法拉第电磁感应定律,当交流电通过线圈时,会在铁芯中产生磁场。
根据电磁感应定律,当磁场发生变化时,线圈中就会产生感应电动势。
通过合理设计线圈的匝数比,可以实现输入电压到输出电压的变换。
实验过程1.实验材料准备:准备变压器、交流电源和适当的测量器材。
2.连接电路:将输入端与交流电源相连,将输出端与负载相连,并确保电路接线正确。
3.打开电源:打开交流电源并逐渐调节输入电压,观察输出电压的变化。
4.测量数据:使用测量仪器记录不同输入电压下的输出电压、电流等数据。
5.分析数据:根据实际测量数据,计算变压器的电压传输效率,分析实验结果并得出结论。
实验结果分析1.根据测量数据,可以绘制输入电压与输出电压的关系曲线。
曲线的趋势可以反映变压器的变压比。
2.通过对实验结果的分析,可以得出变压器的电压传输效率以及功率损耗等参数。
3.分析实验结果可以对变压器的工作状态进行评估,进而改进设计和优化传输效率。
结论变压器及远距离输电是一项重要的电力传输技术,在实验中我们深入了解了其工作原理和性能表现。
实验结果可以为今后电力传输系统的设计和优化提供参考,进一步提高电能传输效率和降低能源损耗。
通过继续深入研究和实验,我们相信变压器及远距离输电技术会有更广泛的应用前景。
以上为变压器及远距离输电实验报告的相关内容,希望能够对读者了解该实验和相关技术有所帮助。
变压器及远距离输电实验报告(续)安全注意事项在进行变压器及远距离输电实验时,需要注意以下安全事项: 1. 确保实验环境通风良好,防止电路过热引起的火灾和烟雾。
高中物理专题:变压器及远距离输电一、教法建议本单元双基学习目标物理知识方面1. 了解变压器的构造及工作原理。
2. 掌握变压器的电压、电流与匝数的关系式及功率关系。
3. 了解远距离输电原理。
能力培养方面通过远距离输电原理分析,培养学生分析问题解决实际问题的能力。
指点迷津本单元重点内容点拨本单元介绍了理想变压器构造及工作原理,电压比、电流比与匝数的关系,远距离输电原理。
要掌握电压与匝数成正比2121n n U U =恒成立,电流与匝数成反比即1221n n I I =只对一个副线圈成立,对多个副线圈不成立,代之由输出功率等于输入功率求得++=332111n I n I n I ……。
远距离输电要解决是如何减少输电损耗,可采用两种途径:一是减小电阻,即增大截面积,此方法减少损耗是有限的,且多用金属材料;二是采用高压输电,因为功率定时,U 越大,I 越小,据P 损=I 2R 可知线路损耗越小。
要会画出远距离输电线路图,对变压器及远距离输电要紧紧抓住能传递和守恒这一基本关系。
二、学海导航学法指要本节理论、原理明晰(一) 变压器1. 理想变压器构造及工作原理① 理想变压器 忽略漏磁,忽略原、副线圈内阻,忽略能量损失的变压器。
② 基本构造 铁芯和原、副线圈线成。
③ 工作原理 依靠交变电流产生的变化磁通,把原、副线圈紧密联系实现电能的传递,即)()(221i U i U i →→φ具体说:原线圈通入交流电,线圈中产生交变磁通量,此交变磁通量通过副线圈,穿过副线圈磁通量发生变化,副线圈产生感应电动势。
④ 作用 改变交变电流的电压(电流) 2. 理想变压器的基本关系式① 功率关系 由理想变压器概念知P 入=P 出。
② 电压关系2121n n U U =。
图5-31推导:如图5-31所示原线圈(n 1)加上交变电压U 1,原线圈产生感应电动势ε1穿过副线圈(n 2)磁通量发生变化产生电动势ε2。
由法接第第四磁感应定律:对原线圈有 tn ∆∆=φε11 对副线圈有 tn ∆∆=222φε 由理想变压器概念知:11U =ε 22U =ε 21φφ∆=∆ 综合有:2121n n U U = 此关系对多个副线圈多个亦成立。
③电流关系: a.副线圈只有一个:2121n n I I =,由P 入=P 出知,2211U I U I =即121221n n U U I I == b.副线圈有多个:332211n I n I n I +=+……由P 入=P 出得:332211U I U I U I +=+…… 将匝数跟电压成正比332211n U n U n U ===……代入上式,得: ++=332211n I n I n I …… 说明:a.变压器不能改变交流电的频率(周期); b .不能变换直流电压;c.细线圈为高压绕组,粗细圈为低压绕组;d .求解变压器电路时,要特别明确各物理量的变化是由什么原因引起的,如输入功率和电流都是由负载决定。
(二) 远距离输电 1. 远距离输电原理远距离输电要解决的关键问题是减少导线上电能损耗,据P 损=I 2R 线知,具体方法有:①减小输电导线的电阻——②减小输电电流——据P=IU 知,输送功率P 一定时,提高输电电压R UP P U 22(=损)。
前一种方示十分有限,且耗材大,一般采用后一种方法即高压输电。
2. 输电线路图图5-32采用电阻率低的材料加大导线的横截面积3. 几个常用关系式(见如图5-32)若升压变压器输出功率为P ,输出电压为U ,降压变压器得到功率为P',电压为U',则: 输电电流 线R U U U P I '-==…………① 输电线损耗功率 )()(22U U I RU U R I P P P '-='-=='-=线损……② 由U PI R I P ==及线耗2可推得 线损R UP P 22=……③由③知,输电电压增大到原来的n 倍,输电导线上损耗功率减少到原来的21n 。
求解远距离输电的有关问题,常会涉及到较多的物理量,应特别注意各物理量的对应关系。
本单元难点解释理想变压器的动态分析:理想变压器的动态分析问题是个难点,此类问题,大致有两种情况:一是负载电阻不变,原、副线圈的电压U 1、U 2,电流I 1、I 2,输入和输出功率P 1、P 2随匝数比变化而变化的情况;另一类是匝数比不变,上述各量随负载电阻变化而变化的情况。
不论哪种情况,都要注意:①根据题意分清变和不变量;②要弄清“谁决定于谁”的制约关系,对理想变压器,一般情况下,认为原线圈的输入电压U 1是不变的,与匝数和负载电阻都无关;副线圈两端电压1212n n U U =,即U 2决定于U 1和匝数比,相当 于输出回路中电池的电动势,与负载无关;流过副线圈的电流I 2=U 2/R (R 为负载总电阻),即I 2决定于U 2和R ;对有一个副线圈线组接有负载且有电流流过的情况,变压器的输出功率P 2=U 2I 2,在不计变压器损失能量时,输入功率P 1=U 1I 1=P 2=U 2I 2,导出了1221n n I I =,所以I 1决定于I 2和匝数比12n n ;③因此,动态分析的思路程序是U 1→U 2→I 2→I 1。
课外阅读直流输电人类历史上最早的输电线路输送的是直流。
美国爱迪生电灯公司在美国发展了一整套为白炽灯供电的直流电发电、配电系统,先用120伏,后改用240伏供电。
1885年提高到6千伏。
此后在输电技术上发生了巨大变化。
一方面,制造高电压大功率的直流发电机很困难,又不能直接给直流电升压,而远距离输电需要高电压;另一方面,19世纪80年代末发明了三相交流发电机、变压器,特别是发明了结构简单、运行可靠、价格便宜的异步(感应)电动机。
由于交流电压输电比低电压直流输电电能损失小得多,美国小乔治•威斯汀豪斯和威斯汀豪斯公司积极推广使用交流电,短时间内输电技术从直流输电转为发展交流输电。
但是,随着交流输电技术的不断完善和发展的同时,交流输电又遇到了几乎不可逾越的障碍。
第一,导线不但有电阻,还有电感。
较细的导线,电阻作用超过电感。
在输电功率大,输电导线横截面积超过95mm2的情况下,对50Hz的交流电来说,感抗超过了电阻,但对稳定的直流电则只有电阻而没有感抗。
第二,输电线一般是架空线,当跨过海峡输电时需要用水平电缆,而穿过人口密集的城市时要用地下电缆。
电缆在金属芯线的外面包着一层绝缘皮,水和大地都是导体,被绝缘皮隔开的金属芯线和水或大地构成了电容器。
对于一条200千伏的水平电缆,每千米长的电容约0.2微法,在交流输电情况下,这个电容对电缆起旁路电容的作用,并且随电线增长而增大到交流电几乎送不出去的程度,这时交流输电已无实际意义,这样,解决远距离输电的出路又戏剧性地转向了直流电,因为电容对稳定的直流电不起作用。
第三,交流电每个周期有正负半周各一次,设想有甲、乙两台交流发电机给同一条电路供电,假如甲为正的最大值时,乙恰好是负的最大值,它们发的电在电路里恰好互相抵消,电路无法工作。
所以,给同一条电路供应的所有发电机都必须同步运行,现代的供电系统是把方圆数千米内的发电机连成一个电力网,而且用高压输电线路将相隔数百米至数千千米的电力网连接起来,使它们可以互相支援,调剂余缺,而要使这么大范围内的这么多发电机同步运用,技术上是很困难的。
直流输电就不存在这一同步问题。
现代的直流输电和十几世纪的直流输电有很大不同,只是输电这个环节是直流,发电仍是交流。
在输电线路的始端,有专用的换流设备将交流变换为直流,在输电线路的末端(受电端),也有专用的换流设备将直流换为交流。
目前换流设备存在着制造难、价格高等困难,有待进一步研究解决。
高压直流输电主要用于远距离大功率输电、海底电缆输电、非同步运行的交流系统之产是的连结等方面。
1977年中国在上海市进行了31千伏直流输电试验,80年代开始在舟山建造100千伏直流输电试验工程,现在葛洲坝至上海的正负500千伏超高压工程正在兴建。
思维体操1.如图5-33理想变压器,K为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U 1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流强度,()。
A.保持U1及P的位置不变,K由a合到b时,I1将增大B.保持P的位置及U1不变,K由b合到a时,R消耗的功率减小C.保持U1不变,K合在a处,使P上滑,I1将增大D.保持P位置不变,K合在a处,若U1增大,I1将增大图5-33图5-342.如图5-34所示,一理想变压器初、次级线圈数比为3:1,次级接三个相同的灯泡,均能正常发光,在初级线圈接有一相同的灯泡L,则()。
A.灯L也能正常发光B.灯L比另三灯都暗C . 灯L 将会被烧坏D . 不能确定3.某电厂要将电能输送到较远的用户,输送的总功率为9.8×104W,电厂输电压仅350V ,为减少输送功率损失,先用一升压变压器将电压升高再输送,在输送途中,输电路的总电阻为4Ω,允许损失的功率为输送功率的5%,所需电压为220V ,求升压、降压变压器的原副经圈的匝数比各是多少?4.输送4.0×106W 的电能,若发电机输出电压为2000V ,选用变压器升压后应用截面积为4.25cm 2的铜导线,把电能送到400km 远处,线路损失的功率为5.0×105W (已知铜的电阻率为1.7×10-8Ω·m )。
(1) 应选用匝数比多少的升压变压器?(2) 在用电区使用降压变压器,其原线圈两端的电压为多大? 分析与解答1. 本题考察变压器的动态分析K 由a 合到b 时,n 1减小,由2121n n U U =可知U 2增大,RUP 222=随之增大;而P 1=P 2,又P 1=I 1U 1,从而I 1增大,A 正确。
K 由b 合到a 时,与上述情况相反,P 2将减小,B 正确。
P 上滑时,R 增大,RU P 22=减小,又P 1=P 2,P 1=I 1U 1,从而I 1减小,C 错误。
U 1增大,由2121n n U U =,可知U 2增大,RUI 22=随之增大;由1221n n I I =可知I 1也增大,D 正确。
所以,应选A ,B ,D 。
2. 该题主要考查变压器的工作原理,原、副线圈的电流关系和电功率等内容 设每个灯泡额定电流为I ,则副线圈的总电阻I 2=3I , 由1221n n I I = 得I 1=I ,所以,L 正常发光,应选A 。
图5-353. 本题考查无距离输电、变压器原理和能量守恒 由电路中损失功率P 损=5%,P 总=I 22R 得输电线路中电流为)(35)(1004108.95%542A A R P I =⨯⨯⨯==总升压变压器输出电压)(108.2)(35108.93422V V I P U ⨯=⨯=总据理想变压器原理得,升压变压器的初、次级的匝数比为81108.235032121=⨯==U U n n 降压变压器输入功率为)(1031.9)(108.910095%95%5344W W P P P P P P ⨯=⨯⨯==-=-=总总总损总所以降压变压器初级电压为 )(2660)(351031.94233V V I P U =⨯===所以降压变压器的匝数比为11222026604343===U U n n 。