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1、1交交变变电电流流电电磁磁波波传传感感器器变压器电能的输送变压器电能的输送第十一章一、理想变压器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过程中改变交变电压.2电磁感应电磁感应2.理想变压器的理想化条件及其规律如图11-2-1所示，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：E1=n1 ,E2=n23图图11-2-1忽略原、副线圈内
2、阻，有U1E1，U2E2另外，考虑到铁芯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1=2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”)，于是有P1=P2 而P1=I1U1P2=I2U24由此可见：(1)电压跟匝数的关系：(2)功率关系：P输入=P输出(3)电流关系：.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：U1I1=U2I2，5(2)变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：P1=U1I1，即在输入电压确定以后，输入功
3、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.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，负载越小，R越大；负载越大，R越小.这一点在审题时要特别注意.6二、远距离高压输电中的功率、电压和电流关系在电能远距离传输中，为了减小输电过程中的能量损失，通常采用高压输电，将电源电压用升压变压器提高，到了用户又要用降压变压器降压，输电电路如图11-2-2所示.7图图11-2-2分析此类问题的过程中，先必须明确三个回路：(1)电源回路(升压变压器原线圈电压U1，升压变压器原线圈电流I1，升压变压器原线圈功率P
4、1)8(2)输送回路(升压变压器副线圈电压U2,降压变压器原线圈电压U3,输电线损失电压U,升压变压器副线圈电流I2,降压变压器原线圈电流I3,升压变压器副线圈功率P2,降压变压器原线圈功率P3,输电线损失功率P)(3)用户回路(降压变压器副线圈电压U4,降压变压器副线圈电流I4,降压变压器副线圈功率P4)9其次要掌握以下几个关系：(1)功率关系(为了研究的方便，我们常把变压器视为理想变压器处理)P1=P2,P2=P3+P,P3=P4(2)电压关系 ,U2=U3+U,10(3)电流关系,I2=I3,(4)输电导线电压损失U=.=.(5)输电导线上损耗的电功率P=.=.11I2R线线U2-U3I
5、2UP2-P3P1-P4变压器基本原理 一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=115.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图11-2-3所示.副线圈仅接入一个10的电阻.12图图11-2-3则()A.流过电阻的电流是20AB.与电阻并联的电压表的示数是100 VC.经过1分钟电阻发出的热量是6103JD.变压器的输入功率是1103W 13原线圈中电压的有效值是220V，由变压比知副线圈中电压为100V，流过电阻的电流是10A；与电阻并联的电压表的示数是100V；经过1分钟电阻发出的热量是6104J.故选D.14变式训练1：如图11-2-4，理想变压器原副线圈匝数之比为41.原线圈接入一电压为
6、u=U0sint的交流电源，副线圈接一个R=27.5的负载电阻.若U0=220 V，=100rad/s，15图图11-2-4则下述结论正确的是()A.副线圈中电压表的读数为55 VB.副线圈中输出交流电的周期为 sC.原线圈中电流表的读数为0.5AD.原线圈中的输入功率为110 W答案：C16变压器的负载变化引起其他物理量的变化 用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题.如图11-2-5所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，17以下说法正确的是()A.原线圈中电流减小B.R两端的电
7、压增大C.副线圈输出电压减小D.原线圈输入功率减小18图图11-2-5因输出电压与负载无关，由原副线圈的匝数比和原线圈两端电压决定，应保持不变，故C错；当S接通时，负载总电阻减小，流经副线圈和输电线等效电阻R的电流增大，流经原线圈的电流也增大，故A错；等效电阻R的电压增大，B对；原线圈输入功率P=UI，应增大，故D错，正确选项为B.19变式训练2：如图11-2-6，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的和.为理想电压表，读数分别为U1和U2；、.和 为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3.20图图11-2-6现断开S，U1数值不变，下
8、列推断中正确的是()A.U2变小，I3变小B.U2不变，I3变小C.I1变小，I2变小D.I1变大，I2变大21C了解远距离输电的特点，会处理输电过程中变压器的相关问题 学校有一台应急备用的发电机，内阻为r=1，升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻为R=4，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，22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？23图图11-2-7(1)所有灯都正常工作的总功率22640W=5280W,用电器总电流为I2=,输电线上的电流I1=IR=I2=6A,降压变压器上：U2=4U2=880V，输电线上的电压损失为：UR=IRR=24V,24因此升压变压器的输出电压为U1=UR+U2=904V，输入电压为U1=226V，输入电流为I1=4I1=24A，所以发电机输出功率为P出=U1I1=5424W.(2)发电机的电动势E=U1+I1r=250V(3)输电线上损耗的电功率PR=R=144W25变式训练3：某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6.(1)若采用380V输电，求输电线路损耗的功率;(2)若改用5000V高压输电，用户端利用n1n2=221的变压器降压，求用户得到的电压.262728