3.4變壓器 3.5高壓輸電 學習目標：1.了解變壓器的結構和工作原理2.探究分析理想變壓器的理想化模型及功率傳輸規律3.理想變壓器的變壓和變流規律4.熟悉遠距離輸電中的各物理量關系和損耗問題，熟練解決遠距離高壓輸電中的實際問題重點：進一步理解變壓器原理及規律難點：熟悉遠距離輸電中的各物理量關系和損耗問題，熟練解決遠距離高壓輸電中的實際問題預習導學：【課堂點撥與交流】照明燈電壓-220伏機床上照明燈-36伏半導體收音機電源電壓不超過10伏大型發電機交流電壓-幾萬伏遠距離輸電-幾十萬伏電視機顯像管卻需要10000v以上電壓交流便于改變電壓，以適應各種不同的需要變壓器就是改變交流電壓的設備一、變壓器的構造（1）閉合鐵芯 （絕緣硅鋼片疊合而成）（2）原線圈（初級線圈）：其匝數用n1表示（3）副線圈（次級線圈）：其匝數用n2表示（4）輸入電壓：u1; 輸出電壓：u2.2.電路圖中符號3、鐵芯與線圈互相絕緣，變壓器副線圈和原線圈電路是否相通？ 4、變壓器原副線圈不相通，那么在給原線圈接交變電壓u1后，副線圈電壓u2是怎樣產生的？二、理想變壓器的變壓規律【實驗探究】探究變壓器兩個線圈的電壓關系：實驗步驟：1 把可拆式變壓器的一個線圈作為原線圈，連接到學生電源的交流輸出端，另一個線圈作為副線圈，可不接負載。2 閉合電源開關，用多用電表的交流電壓擋分別測量兩個線圈兩端的電壓，測量完畢斷開學生電源的開關。3 改變學生電源的電壓設置，重復以上實驗。4 改變原、副線圈的匝數，重復以上實驗。n1（匝）n2（匝）u1（v）u2（v）記錄數據的表格：請同學們根據實驗數據討論：1 變壓器的原線圈、副線圈的電壓與兩個線圈的匝數之間有什么關系？試寫出它們之間的關系式。2 要使電壓經過變壓器后電壓升高，副線圈的匝數比原線圈的匝數多還是少？若要使電壓降低呢？【例1】一理想變壓器，其原線圈2200匝，副線圈440匝，并接一個100的負載電阻。（1）當原線圈接在44v直流電源電源上時，副線圈兩端電壓表示數為_v,副線圈中電流表示數為_a.（2）當原線圈接在220v交變電源上時，電壓表示數為_v，電流表示數為_a。三、變壓器的工作原理原線圈通以變化的電流時,會產生變化的磁場,變化的磁場沿鐵芯傳導至副線圈的螺線管內，導致副線圈內的磁通量變化，線圈內產生感應電動勢及感應電流。若給原線圈接直流電，副線圈中會產生感應電流嗎？為什么？小結：1.變壓器的結構和工作原理2.理想變壓器的理想化模型及功率傳輸規律3.理想變壓器的變壓和變流規律四、遠距離高壓輸電1解決遠距離輸電問題時，應首先畫出輸電的電路圖，如圖5所示，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應位置圖52分析三個回路，在每個回路中，變壓器的原線圈是回路的用電器，而相應的副線圈是下一個回路的電源3綜合運用下面三方面的知識求解(1)能量守恒：p1u1i1u2i2p用戶ppirp用戶u3i3u4i4.(2)電路知識：u2uu1ui2r.(3)變壓器知識：.其中pir，ui2r往往是解題的切入點例3某發電站通過燃燒煤來發電發電站通過升壓變壓器、輸電線和降壓變壓器把電能輸送給生產和照明用戶，發電機輸出功率是120 kw，輸出電壓是240 v，升壓變壓器原、副線圈的匝數之比為125，輸電線的總電阻為10 ，用戶需要的電壓為220 v則：(1)輸電線上損耗的電功率為多少？(2)降壓變壓器原、副線圈的匝數比為多少？答案(1)4 000 w(2)解析(1)根據理想變壓器的變壓規律得輸電電壓u2u1240 v6 000 v輸電電流i2 a20 a輸電線上損失的功率p損ir20210 w4 000 w.(2)輸電線上損失的電壓u損i2r2010 v200 v降壓變壓器原線圈兩端的電壓u3u2u損6 000 v200 v5 800 v根據理想變壓器的變壓規律得：遠距離輸電問題分析例4一臺發電機最大輸出功率為4000kw，電壓為4000v，經變壓器t1升壓后向遠方輸電，輸電線路總電阻r線1k，到目的地經變壓器t2降壓，負載為多個正常發光的燈泡(220v,60w)若在輸電線路上消耗的功率為發電機輸出功率的10%，變壓器t1和t2的損耗可忽略，發電機處于滿負荷工作狀態，則()at1原、副線圈電流分別為103a和20abt2原、副線圈電壓分別為1.8105v和220vct1和t2的變壓比分別為150和401d有6104盞燈泡(220v,60w)正常發光答案abd解析根據題意畫出輸電線路示意圖如圖所示對升壓變壓器有p1u1i1，可知i1103a，由輸電線上消耗的功率pir線400kw，可知輸電線上電流為i220a，a項正確；t1的變壓比為i2i1150；根據pu2i2得u22105v，輸電線上電壓ui2r線20000v，則副線圈輸入電壓為u3u2u線1.8105v，又燈泡正常發光，可知副線圈電壓u4220v，b項正確；t2的變壓比為n3n4u3u41.8105220，c項錯誤；降壓變壓器的輸入功率等于輸出功率p3p4u3i260wn，解得n6104，d項正確.課堂練習：1_現象是變壓器工作的基礎原線圈中的交變電流在鐵芯中產生交變磁通量，不僅穿過_也穿過_，則副線圈中就要產生_盡管原、副線圈沒有導線相連，電能卻可以通過磁場從原線圈到達副線圈答案：互感 原線圈 副線圈 感應電動勢2原、副線圈的電壓之比等于兩個線圈的_，公式表示為_如果原線圈的匝數大于副線圈的匝數，則副線圈得到的電壓比原線圈低，這種變壓器稱為_；如果原線圈的匝數小于副線圈的匝數，則副線圈得到的電壓比原線圈高，這種變壓器稱為_答案：匝數之比 降壓變壓器 升壓變壓器3一個理想變壓器,原線圈輸入220 v電壓時,副線圈輸出電壓為22 v,若副線圈增加100匝后輸出電壓增加到33 v,則變壓器原線圈匝數為_匝【答案】2 0004一個電壓互感器的變壓比為101,副線圈接入交流電壓表的示數為220 v,則所測高壓電路中的電壓為_ v【答案】2 2005如圖所示的理想變壓器,它的初級線圈接在交流電源上,次級線圈接一個標有“12 v 100 w”的燈泡,已知變壓器初、次級線圈的匝數比為181,那么小燈泡正常工作時,圖中的電壓表的讀數為_ v, 電流表的讀數為_ a【答案】216 0466關于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是( )a通有正弦交變電流的原線圈產生的磁通量不變b穿過原、副線圈的磁通量在任何時候都不相等c穿過副線圈磁通量的變化使得副線圈產生感應電動勢d原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈答案：c 通有正弦交變電流的原線圈產生的磁場是變化的，由于面積s不變，故磁通量變化，a錯誤；因理想變壓器無漏磁，故b錯誤；由互感現象知c正確；原線圈中的電能轉化為磁場能又轉化為電能，原副線圈通過磁場聯系在一起，故d錯誤7對理想變壓器，下列說法中正確的是( )a原線圈的輸入功率，隨著副線圈的輸出功率增大而增大b原線圈的輸入電流，隨副線圈的輸出電流增大而增大c原線圈的電流，不隨副線圈的輸出電流變化而變化d當副線圈的電流為零時，原線圈的電壓也為零答案：ab 理想變壓器的原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，且隨副線圈的輸出功率的變化而變化，原線圈的輸入電流取決于副線圈的輸出電流，當副線圈的電流為零時，原線圈的電流也為零，但原線圈電壓并不一定為零，故a、b正確，c、d錯誤 作業：1某變電站用原、副線圈匝數比為n1n2的變壓器，將遠距離輸送的電能送給用戶，如圖1所示，將變壓器看作理想變壓器，當變壓器正常工作時，下列說法正確的是( )圖1a原、副線圈電壓比為n2n1b原、副線圈電流比為n1n2c原、副線圈電壓比為n1n2d變壓器的輸入功率與輸出功率的比為n1n2答案：c 電壓之比等于匝數之比，根據輸入功率等于輸出功率，所以電流之比等于電壓之比的反比，也就等于線圈匝數比的反比2如圖2所示，理想變壓器原、副線圈匝數之比為201，原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 v,60 w”燈泡一只，且燈泡正常發光，則( )圖2a電流表的示數為 ab電源輸出功率為1 200 wc電流表的示數為 ad原線圈端電壓為11 v答案：c 因為燈泡正常發光所以副線圈中的電流i2 a a根據公式得i1i2 a a，即電流表的示數應為 a，故a錯，c對；電源的輸出功率等于變壓器的輸入功率，由p入p出可得電源的輸出功率為60 w，故b選項錯誤；根據公式，得u1u2220 v4 400 v，故d選項錯誤點評 變壓器的基本規律(1)電壓關系：只有一個副線圈時或當有多個副線圈時(2)功率關系：p入p出：只有一個副線圈時，p1p2當有多個副線圈時p1p2p3(3)電流關系：只有一個副線圈時，由p1p2知，i1u1i2u2，得，即當有多個副線圈時，由p1p2p3知i1u1i2u2i3u3，得i1n1i2n2i3n33某變壓器原、副線圈匝數比為559，原線圈所接電源電壓按如圖3所示的規律變化，副線圈接有負載，下列判斷正確的是( )圖3a輸出電壓的最大值為36 vb原、副線圈中電流之比為559c變壓器輸入、輸出功率之比為559d交流電源電壓有效值為220 v，頻率為50 hz答案：d 由題圖知原線圈電壓最大值為220 v，周期t2102 s，故電壓有效值為220 v，頻率為50 hz；由，得輸出電壓的最大值為36 v，原、副線圈電流之比為955，輸入、輸出功率應相等，所以正確答案為d.點評 變壓器的電壓關系、電流關系是各物理量的有效值(或最大值)間的關系，例如公式中，若u1是有效值則u2就是有效值，若u1是最大值則u2就是最大值4如圖4所示，m、n為兩條交流輸電線，甲、乙兩圖是配電室中的互感器和交流電表的兩種接線示意圖，以下說法正確的是( )圖4a在乙圖中，線圈n4的導線一定比線圈n3的導線粗b甲圖中的電表是交流電流表，乙圖中的電表是交流電壓表c甲圖中的電表是交流電壓表，乙圖中的電表是交流電流表d甲、乙兩圖中的電表均為交流電流表答案：c 電壓互感器輸入端分別接在兩根線上，次級匝數比初級匝數少；電流互感器輸入端只能串聯在電路中，次級匝數比初級匝數多點評 甲圖是電壓互感器，乙圖是電流互感器，它們分別與電壓表和電流表的使用方法相同，即：電壓互感器測電壓時需并聯接入電路，電流互感器測電流時需串聯接入電路它們利用變壓器的原理把高電壓、大電流變成低電壓、小電流，以方便測量5正常工作的理想變壓器的原、副線圈中，數值上一定相等的是( )a電流的頻率 b端電壓的峰值 c電流的有效值 d電功率答案：ad6用一理想變壓器向一負載r供電，如圖1所示,當增大負載電阻r時,原線圈中的電流i1和副線圈中的電流i2之間的關系是( )ai2增大,i1也增大 bi2增大,i1卻減小ci2減小,i1也減小 di2減小,i1卻增大【答案】c7如圖示為一理想變壓器和負載電阻r,下列哪些做法可增加變壓器的輸入功率( )a只減少副線圈匝數 b只減少原線圈匝數c只增加副線圈匝數 d只減小r的阻值【答案】bcd8一臺理想變壓器的原、副線圈匝數比為41,若原線圈加上u=1 414sin100t v的交流電,則用交流電壓表測得副線圈兩端的電壓是( )a.250 v b.353.5 v c.499.8 v d.200 v【答案】a9如圖5所示，自耦變壓器輸入端a、b接交流穩壓電源，其電壓有效值uab100 v，r040 ，當滑動片處于線圈中點位置時，c、d兩端電壓的有效值ucd為_v，通過電阻r0的電流有效值為_a.圖5答案:200 5解析：由理想變壓器公式 得ucduab2100 v200 v，又由i2 a5 a.點評 自耦變壓器鐵芯上只繞一個線圈，原、副線圈共用一個繞組，最大優點是可以連續調節輸出電壓，缺點是低壓端和高壓端直接有電的聯系，使用不夠安全變壓器的規律都適用于自耦變壓器10輸電線上功率損失圖11為遠距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器t的原、副線圈匝數分別為n1、n2，在t的原線圈兩端接入一電壓uumsin t的交流電源，若輸送電功率為p，輸電線的總電阻為2r，不考慮其他因素的影響，則輸電線上損失的電功率為()圖11a() b()c4()2()2r d4()2()2r解析原線圈電壓的有效值：u1，根據可得u2 ，又因為是理想變壓器，所以t的副線圈的輸出功率等于原線圈的輸入功率p，所以輸電線上的電流i，輸電線上損失的電功率為pi22r4r，所以c正確，a、b、d錯誤。答案c11輸電的幾個關系(多選)在如圖12所示的遠距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變，隨著發電廠輸出功率的增大，下列說法中正確的有()圖12a升壓變壓器的輸出電壓增大b降壓變壓器的輸出電壓增大c輸電線上損耗的功率增大d輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大解析發電廠的輸出電壓不變，升壓變壓器輸出的電壓u2應不變，a錯誤；輸電線電流i會隨著p的增大而增大，輸電線電壓損失u損ir也增大，所以降壓變壓器的初級電壓u3u2u損減小，則降壓變壓器的輸出電壓減小，b錯誤；輸電線功率損失p損i2rr，因p變大，所以p損變大，c正確；，因p變大，所以比值變大，d正確。答案cd12遠距離輸電與傳感器結合(多選)如圖13甲為遠距離輸電示意圖，變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原、副線圈匝數比為1100，其輸入電壓如圖乙所示，遠距離輸電線的總電阻為100 。降壓變壓器右側部分為一火警報警系統原理圖，其中r1為一定值電阻，r2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，當溫度升高時其阻值變小。電壓表v顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出)。未出現火警時，升壓變壓器的輸入功率為750 kw，則下列說法中正確的有()圖13a降壓變壓器副線圈輸出的交變電流頻率為50 hzb