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1、变压器、远距离输电【知识回顾】一、变压器1定义:用来改变交流电压的设备,称为变压器说明: 变压器不仅能改变交变电流的电压,也能改变交变电流的电流,但是不能改变恒定电流2构造:变压器由一个闭合铁芯(是由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成的)和两个线圈 (用绝缘导线绕制)组成的原线圈:和交流电源相连接的线圈(匝数为n1) 副线圈:和负载相连接的线圈(匝数为n2) 许多情况副线圈不只一个二、理想变压器1理想变压器是一种理想模型理想变压器是实际变压器的近似理想变压器有三个特点:(1)铁芯封闭性好,无漏磁现象,即穿过原、副线圈两绕组每匝的磁通量都一样每匝线圈中所产生感应电动势相等(2)线圈绕组的电阻不计,无能损
2、现象(3)铁芯中的电流不计,铁芯不发热,无能损现象说明: 大型变压器能量损失都很小,可看作理想变压器,本章研究的变压器可当作理想变压器处理2理想变压器的变压原理变压器工作的原理是互感现象,互感现象即是变压器变压的成因当变压器原线圈上加上交变电压, 原线圈中就有交变电流,它在铁芯中产生交变的磁通量,这个交变磁通量既穿过原线圈,也穿过副线圈,在原、副线圈中都要引起感应电动势如果副线圈电路是闭合的,在副线圈中就产生交变电流,它也在铁芯中产生交变磁通量这个交变磁通量既穿过副线圈,也穿过原线圈, 在原、副线圈中同样要引起感应电动势在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象,叫做互感现象在变压器工作
3、时,由于原、副线圈使用同一个铁芯,因而穿过原、副线圈(每匝)的磁通量及磁通量的变化率均相同,在原、副线圈产生的感应电动势与它们的匝数成正比3能量转换:变压器是把电能转化为磁场能又把磁场能转化为电能的装置精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 8 页 - - - - - - - - - - 4理想变压器的基本关系(1)输出功率等于输入功率P出 P入,U1I1U2I2(2)原副线圈两端的电压跟匝数成正比,2121nnUU(3)原副线圈中的电流跟匝数成反比(仅限一个副线圈),1221nnII
4、(4)原副线圈的交变电流的周期T 和频率 f 相同5理想变压器的三个决定关系(1)理想变压器输出功率决定输入功率当副线圈空载时,变压器的输出功率为零,输入功率也为零,并且输入功率随着负载的变化而变化若同时有多组副线圈工作,则U1I1U2I2U3I3 UnIn 成立(2)理想变压器副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数比所决定无论副线圈是否有负载,是单组还是多组,每组副线圈两端电压与原线圈两端电压都满足332211nUnUnU(3)理想变压器副线圈中的电流决定原线圈中的电流原线圈中的电流随副线圈中电流的增大而增大, 当有几组副线圈时,原、副线圈中的电流关系为n1I1n2I2n3I3 ,其中 n2、
5、n3为工作的副线圈的匝数说明: (1)理想变压器工作时,若增加负载,相当于负载电阻减小,从而副线圈中的电流增大,此时原线圈中电流也增大;若减少负载, 相当于负载电阻增大,从而副线圈中的电流减小,此时原线圈中的电流减小;若副线圈空载时,副线圈中的电流为零,那么原线圈中的电流也为零(2)原副线圈如果分别采用双线绕制,使原副线圈都是由两个线圈组合而成,当电流通过时,要根据在线圈中形成的磁通量方向确定其等效匝数(3)接在原、副线圈回路中的电表均视为理想电表,其内阻的影响忽略不计三、几种常用的变压器1自耦变压器(1)自耦变压器的示意图如图所示(2)特点:铁芯上只绕有一个线圈精品资料 - - - 欢迎下载
6、 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 8 页 - - - - - - - - - - (3)用途:可升高电压,也可降低电压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(图甲);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(图乙) 2调压变压器(1)构造:线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上,如图所示(2)变压方法: AB 之间加上输入电压U1,移动滑动触头P 的位置就可以调节输出电压U23互感器(1)用途:把高电压变成低电压,或把大电流变成小电流(2)分类:电压互感器如图所示, 用来
7、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(U1/U2) ,可以算出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电流互感器如图所示, 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I2和铭牌上注明的变流比 (I1/I2) 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,同样要把电流互感器的外壳和副线圈接地四、远距离输电减小功率损失的方法:1减小输电线电阻选用电阻率较小的铜线或铝线精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - -
8、 - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 8 页 - - - - - - - - - - 增大导线的横截面积2减小输电导线中的电流。【同步测试】一、 选择题1 .如图 1 所示,变压器输入交变电压U 一定,两个副线圈的匝数为n2和 n3,把一电阻先后接在a、b间和 c、d 间时,安培表的示数分别为I 和 I,则 I:I为()A .n22,n32 B .2n,3nC . n2,n3D . n32,n22 2 .有一个理想变压器,原线圈1200 匝,副线圈400匝,现在副线圈上接一个变阻器R,如图 2 所示,则下列说法中正确的是( ) A安培表 A1与 A2的
9、示数之比为3,1 B伏特表 V1与 V2的示数之比为3,1 C当变阻器滑动头向下移动时,原线圈的输入功率将增加D原、副线圈的功率之比为3,1 3如图 3,一理想变压器原副线圈匝数比为4,1,图中五只电灯完全相同,若B、C、D、E 都能正常发光,则A 灯()A一定能正常发光B比正常发光暗C比正常发光亮D一定被烧坏4 .在某交流电路中,有一正在工作的变压器,原副线圈匝数分别为n1=600,n2=120,电源电压 U1=220V ,原线圈中串联一个0.2A 的保险丝,为了保证保险丝不被烧坏,则( ) A .负载功率不超过44w B .副线圈电流最大值不能超过1A C . 副线圈电流有效值不能超过1A
10、 D .副线圈电流有效值不能超过 0.2A 5 . 如图 4 所示,一理想变压器的原副线圈分别由双线圈ab和 cd(匝数都为n1)、ef 和 gh(匝数都为n2)组成,用I1和图16-A5Uabcd图 11AV1V 2A216-图R6图 2ABCDE16-图7图 3图16-8acbdegfh图 4 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页,共 8 页 - - - - - - - - - - U1表示输入电流和电压,I2和 U2表示输出电流和电压。在下列四种连接法中,符合关系U1/U2=n1/
11、n2 , I1/I2=n2/n1的有A .a 与 c 相连,b 与 d 相连作为输入端; e 与 g 相连、 f 与 h 相连作为输出端B . a 与 c 相连,b 与 d相连作为输入端; f 与 g 相连、以e、h 为输出端C . b 与 c 相连,以 a 与 d 为输入端 ; f 与 g 相连,以e、 h 为输出端D . b 与 c 相连,以a、d 为输入端 ; e 与 g 相连、 f 与 h 相连作为输出端二、填空题6 .如图 5 所示,理想变压器原、 副线圈匝数比为4,1,平行金属导轨与原线圈相连,当导体ab 在匀强磁场中匀速运动时,电流表A1示数为 12mA,则电流表A2示数为_mA
12、。7 . 用 1 万伏高压输送100 千瓦的电功率,在输电线上损失2%的电功率,则输电线的电阻是 _欧姆,如果把输送电压降低一半,则输电线上损失功率将占输送功率的_%。8如图 6 所示,理想变压器和三个定值电阻R1、R2和R3接在交流电源上,R1=R3,若 R1、R2和 R3上的电功率相等,则R1:R2=_,变压器原、副线圈的匝数比为 _. 三、 计算题9有一理想变压器在其原线圈上串一熔断电流为I0=1A的保险丝后接到220V 交流电源上, 副线圈接一可变电阻R 作为负载,如图7 所示,已知原、副线圈的匝数比n1:n2=5:1,为了不使保险丝熔断,可变电阻的取值范围如何?A12A图16-9ab
13、v图 5 图16-RRR123U10图 6 图16- 11220Vn1n2R图 7 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 8 页 - - - - - - - - - - 10一台理想变压器原、副线圈匝数比为10,1,原线圈接U=1002sin100tV 的交变电压,副线圈两端用导线接规格为“6V,12W”的小灯,已知导线总电阻r=0.5,试求:副线圈应接几盏小灯?这些小灯又如何连接才能使这些小灯都正常发光?11、如图 8 所示,理想变压器铁芯上绕有A、B、C 三个线圈, 匝数比为nA
14、nBnC=421,在线圈 B 和 C 的两端各接一个相同的电阻R,当线圈A 与交流电源连通时,交流电流表 A2的示数为 I0,则交流电表A1的读数为多少?12、将电阻 R1和 R2如图 9 甲所示接在变压器上,变压器原线圈接在电压恒为U 的交流电源上, R1和 R2上的电功率之比为2:1,若其它条件不变,只将 R1和 R2改成如图乙接法,R1和 R2上的功率之比为1:8。若甲图中原线圈电流为I1,乙图中原线圈电流为I2,求: (1)两组副线圈的匝数之比; (2)I1和 I2之比。A1A2C图16-1ABRR图 8 I2R1R2UU(甲)乙(R1R216-图3I1图 9 精品资料 - - - 欢
15、迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页,共 8 页 - - - - - - - - - - 【答案与提示】选择题1 (A) (提示:先求电压比)2 (B) ( C)3 (A) (提示:看电流是否相等)4 (A) (C)5 (A) (C) (提示:注意连接后线圈的绕向是相同还是相反)填空题6 0 (提示:原线圈上是恒定电压) 7 20 8 8 1,4 2,1 (提示: R3功率即输出功率,应等于输入功率。因为32RRPP,故有原线圈上功率与R2功率相等,它们电压相同,所以R2上电流与原线圈电流相等)计算题9大于 8
16、.8104 盏,并联11、此题如果轻易用电流强度与匝数成反比的关系来解,即ABBAnnII得出 IA=0.5I0就错了。应该注意到变压器副线圈有多组,电流反比关系不成立,但电压与匝数成正比的关系还是成立的,应先根据这一关系求出C 组线圈电压,再根据R 相等的条件求出C 组电流,由BCBCnnUU和RUIcc,得 IC=0.5I0 .此后利用关系式nA IA=nB nB +nC nC 即4IA=2I0+10.5I0得 IA=0.625I012、 (1)甲图中R1和 R2串联,电流相同,功率与电阻成正比,所以有R1=2R2(1)设三组线圈的匝数分别是n1 ,n2 ,n3,两组副线圈上的电压分别是U
17、2和 U3,易得U2=12nnU U3=13nnU乙图中 R1和 R2上的功率之比为1 , 8 即81212RUnn2213RUnn( 2)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页,共 8 页 - - - - - - - - - - 联列( 1)式和( 2)式解得32nn=21(2)设甲图中输出功率为P1,则 P1=(Unnn132)2/(R1+R2)设乙图中输出功率为 P2,则 P2=(Unn12)2/R1+(Unn13)2/R2 以 R1=2R2,n3=2n2代入,可得:3221PP。由于输入功率等于输出功率,所以甲、乙两图中输入功率之比也为32,根据 P=IU ,电压恒定,所以两图中电流之比I1:I2=2:3 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页,共 8 页 - - - - - - - - - -
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