第二节第二节变压器与电变压器与电能的输送能的输送周璐系列复习课件周璐系列复习课件交变电流交变电流一、变压器的构造一、变压器的构造1.示意图示意图 U1U2 n1n2原线圈原线圈副线圈副线圈铁芯铁芯3.电路图中符号电路图中符号n1n22.构造：构造：（1）闭合铁芯）闭合铁芯 （绝缘硅钢片叠合而成）（绝缘硅钢片叠合而成）（2）原线圈：其匝数用）原线圈：其匝数用n1表示表示（3）副线圈：其匝数用）副线圈：其匝数用n2表示表示（4）输入电压：）输入电压：U1; 输出电压：输出电压：U2.问题：变压器副线问题：变压器副线圈和原线圈电路是圈和原线圈电路是否相通？否相通？ 变压器原副线变压器原副线圈不相通，那么在圈不相通，那么在给原线圈接交变电给原线圈接交变电压压U1后，副线圈后，副线圈电压电压U2是怎样产生是怎样产生的？的？铁芯与线圈铁芯与线圈互相绝缘互相绝缘变压器变压器二、变压器的工作原理二、变压器的工作原理-互感现象互感现象 变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能（电能（U1、I1）到磁场能（变化的磁场）再到电）到磁场能（变化的磁场）再到电能（能（ U2、I2）转化。）转化。 U1U2n1n2原线圈原线圈副线圈副线圈铁芯铁芯 互感现象互感现象：在原副线圈中由于有交变电流而发：在原副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象。生的互相感应现象。理想变压器理想变压器:1、穿过原副线圈的磁通量和磁通量的变化量时刻、穿过原副线圈的磁通量和磁通量的变化量时刻都相同都相同2、每匝产生的感应电动势相等、每匝产生的感应电动势相等 闭合铁芯实现了电能闭合铁芯实现了电能-磁场能磁场能-电能的转换，电能的转换，由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便通过铁芯，使能量在转换过程中损失很小，为了便于研究，物理学中引入了一种理想化模型于研究，物理学中引入了一种理想化模型-理理想变压器想变压器。即略去原、副线圈中的电阻和各种电磁。即略去原、副线圈中的电阻和各种电磁能损失的变压器。能损失的变压器。注意：注意： 变压器的原线圈如加的是干电池、蓄电池或匀变压器的原线圈如加的是干电池、蓄电池或匀速切割的导体棒时，副线圈两端的电压为零。速切割的导体棒时，副线圈两端的电压为零。三、理想变压器的变压规律三、理想变压器的变压规律原、副线圈中产生的感应电动势分别是原、副线圈中产生的感应电动势分别是tE1=n1tE2=n2由此可得：由此可得：E1E2=n1n2原线圈回路有：原线圈回路有： U1 E1=I1r1 0 则则 U1=E1副线圈回路有：副线圈回路有： E2=U2 +I2r2 U2 则则所以：所以：U1U2=n1n2U1U2=n1n2理想变压器原副线圈的端电理想变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝压之比等于这两个线圈的匝数之比数之比I1I2n1n2U1U2升压变压器：升压变压器：n2 n1 U2U1降压变压器：降压变压器：n2 n1 U2 T=210-2s12yat2解得解得 U0 =105VUC =mv2d2eL2 = 91V（2）画图分析，画图分析，UC = U0sin3因为因为t1 : t2 =2 :1 所以：所以：u/vU0t1t/stT/20UCt22t2 = t12t1=则则 t1时刻对应的角度为时刻对应的角度为32deUC2dmLv2 = ( )例例、如如图图所所示示，有有一一理理想想变变压压器器，原原线线圈圈匝匝数数为为n n1 1，两两个个副副线线圈圈的的匝匝数数分分别别为为n n2 2和和n n3 3，原原副副线线圈圈的的电电压压分分别别为为U U1 1、U U2 2、U U3 3，电电流流分分别别为为I I1 1、I I2 2、I I3 3，两两个个副副线线圈圈 负负 载载 电电 阻阻 的的 阻阻 值值 未未 知知 ， 下下 列列 结结 论论 中中 ， 正正 确确 的的 是是 ： ( ( ) ) (A)U (A)U1 1：U U2 2n n1 1：n n2 2，U U2 2：U U3 3=n=n2 2：n n3 3 (B)I (B)I1 1/I/I3 3=n=n3 3/n/n1 1，I I1 1/I/I2 2=n=n2 2/n/n1 1 (C) n (C) n1 1I I1 1=n=n2 2I I2 2n n3 3I I3 3 (D) I (D) I1 1U U1 1=I=I2 2U U2 2I I3 3U U3 3A C DA C D变压器应用的三原理变压器应用的三原理题型：题型：有两组以上的副线圈的变压器有两组以上的副线圈的变压器例例题题、图图（甲甲）、（乙乙）两两电电路路中中，当当a a、b b两两端端与与e e、f f 两两端端分分别别加加上上220V220V的的交交流流电电压压时时，测测得得c c、d d 间间与与g g、h h 间间的的电电压压均均为为110V110V。若若分分别别在在c c、d d两两端端与与g g、h h 两两端端加加上上110V110V的的交交流流电电压压，则则a a、b b间间与与 e e、f f间间的的电电压压分分别别为为 V V和和 V,V,若若分分别别在在c c、d d两两端端与与g g、h h 两两端端加加上上110V110V的的恒恒定定电电压压，则则a a、b b间间与与 e e、f f间的电压分别为间的电压分别为 V V和和 V. V. d d1101102202201101100 0题型：题型：变压器与分压器变压器与分压器例例、如图，理想变压器的次级串、如图，理想变压器的次级串3 3只灯泡，初级只灯泡，初级串串1 1只灯泡，四只灯泡型号相同，若四只都正常发只灯泡，四只灯泡型号相同，若四只都正常发光，变压器的电压比为光，变压器的电压比为 。 n1n2AB3UU1：1说明：说明：对原副线圈的地位的认识对原副线圈的地位的认识 题型：题型：变压器原线圈中接有用电器变压器原线圈中接有用电器训练、训练、如图是一个理想变压器的电路图，若如图是一个理想变压器的电路图，若A A、B B两点接交流电压两点接交流电压U U时，五个相同的灯泡均正常时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为发光，则原、副线圈的匝数比为（ ） A. 5 A. 5 1 1 B. 1 B. 1 5 5 C. 4 C. 4 1 1 D. 1 D. 1 4 4n n1 1n n2 2U UA AB B解解：设灯泡正常发光的电流为：设灯泡正常发光的电流为I I，则原、副线圈的电流分别为则原、副线圈的电流分别为I I和和4I4I，如图示。如图示。I I4I4I所以原、副线圈的匝数比为所以原、副线圈的匝数比为 4 4 1 1C C例、例、理想变压器的副线圈上接有两个相同理想变压器的副线圈上接有两个相同的灯泡的灯泡L L1 1、L L2 2，输电线的等效电阻为输电线的等效电阻为R R，开开始时开关始时开关S S断开，当断开，当S S接通时，以下说法正接通时，以下说法正确的是（确的是（ ）A A 副线圈两端副线圈两端M M、N N和输出电压减小和输出电压减小B B 等效电阻等效电阻R R两端的电压增大两端的电压增大C C 通过灯泡通过灯泡L L1 1的电流减小的电流减小D D 原线圈中的电流增大原线圈中的电流增大 题型：题型：理想变压器中的动态变化理想变压器中的动态变化BCDBCDAVR1R2SA. U 增大、增大、I 增大、增大、P1 增大增大C. U 减小、减小、I 减小、减小、P1 减小减小D. U 不变、不变、I 减小、减小、P1 不不变变B. U 不变、不变、I 减小、减小、P1 增增大大 例题例题、如图所示：理想变压器的原线圈接高电压，、如图所示：理想变压器的原线圈接高电压，变压后接用电器，线路电阻不计。变压后接用电器，线路电阻不计。S原来闭合，且原来闭合，且R1=R2，现将现将S断开，那么交流电压表的示数断开，那么交流电压表的示数U、交流电流表、交流电流表的示数的示数I 和用电器上和用电器上R1的功率的功率P1将分别是：将分别是： 例例1010、理理想想变变压压器器接接在在电电压压为为U U的的正正弦弦交交流流电电源源上上，当当开开关关接接a a时时交交流流电电流流表表和和交交流流电电压压表表的的读读数数分分别别为为I I1 1，U U1 1，当当开开关关接接b b时时，两两表表的的读读数数分分别别为为I I2 2，U U2 2，则（，则（ ）A UA U1 1U U2 2，I I1 1I I2 2 B UB U1 1U U2 2，I I1 1I I2 2C UC U1 1U U2 2，I I1 1I I2 2 D UD U1 1U U2 2，I I1 1I I2 2题型：题型：理想自耦变压器理想自耦变压器Dbacd15V5V 例例1111、如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n n1 1：n n2 2：n n3 3=44=44：3 3：1 1，原线圈两端输入电压原线圈两端输入电压U U1 1=220V=220V，在变压器输出端如何连接可使一盏在变压器输出端如何连接可使一盏“20V20V、10W10W”灯灯泡正常发光？如何连接可使一盏泡正常发光？如何连接可使一盏“10V10V、5W5W”灯泡正灯泡正常发光？通过计算分别画出连接图。常发光？通过计算分别画出连接图。220V题型：题型：电路设计题电路设计题 例例12、在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上当通以交变电流图所示变压器铁芯的左右两个臂上当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂已知线圈圈，另一半通过中间的臂已知线圈1 1、2 2的匝数之比的匝数之比n n1 1n n2 2=2=21 1在不接负载的情况下（在不接负载的情况下（ ）A A当线圈当线圈1 1输入电压输入电压220V220V时，时， 线圈线圈2 2输出电压为输出电压为110V110VB B当线圈当线圈1 1输入电压输入电压220V220V时，时， 线圈线圈2 2输出电压为输出电压为55V55VC C当线圈当线圈2 2输入电压输入电压110V110V时，时， 线圈线圈1 1输出电压为输出电压为220V220VD D当线圈当线圈2 2输入电压输入电压110V110V时，时， 线圈线圈1 1输出电压为输出电压为110V110V1 12 2 注：要真正的理解原理注：要真正的理解原理【分析分析】 因为理想变压器原、副线圈电压之比因为理想变压器原、副线圈电压之比（U U1 1/U/U2 2）等于线圈中产生的感应电动势之比（等于线圈中产生的感应电动势之比（E E1 1/E/E2 2），），每个线圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈每个线圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈, ,所以所以当从线圈当从线圈1 1输入电压输入电压U U1 1=220V=220V时，由时，由【答】【答】 B B、D D当从线圈当从线圈2 2输入电压输入电压U U2 2=110V=110V时，同理由时，同理由1、远距离输电的原因、远距离输电的原因电站站址电站站址用户（负载）用户（负载）远远距离距离能源丰富，能源丰富，有利开发有利开发能源缺乏，能源缺乏，用电量大用电量大、理想远距离输电图、理想远距离输电图电能的输送电能的输送主要问题主要问题电流流过输电导线时，由于电流电流流过输电导线时，由于电流的热效应，必然有一部分电能转的热效应，必然有一部分电能转化成热而损失掉化成热而损失掉解决办法解决办法在输送功率不变的情况下在输送功率不变的情况下远远距距离离输输电电的的主主要要问问题题及及解解决决方方法法U0用户用户升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器n1n2n3U输输I输输发发电电机机n0I0I用用U用U1 1、发电机两端的电压与第一个变压器的原线圈两端的电压、发电机两端的电压与第一个变压器的原线圈两端的电压U U0 0相等。相等。2 2、第二个变压器副线圈两端的电压等于用户两端电压。、第二个变压器副线圈两端的电压等于用户两端电压。3 3、U=UU=U输输-U -U （U = IU = I输输R R）电压关系：电压关系：功率关系：功率关系：1 1、P P0 0(U(U0 0I I0 0)=P)=P1 1(U(U输输I I输输） P P2 2 (UI (UI输输)= P)= P3 3 （U U用用I I用用）2 2、 P P2 2 (UI (UI输输）= P= P1 1(U(U输输I I输输）-I-I2 2R R P1P2P3P0两个基本公式两个基本公式电压关系电压关系能量关系能量关系输电的损失：输电的损失：功率损失功率损失电压损失电压损失产生损失的原因：产生损失的原因：线路上有电阻、电容、电感。线路上有电阻、电容、电感。功率损失：功率损失：P=IP=I2 2R R 电压损失：电压损失： U=IRU=IR 式中的式中的I I为为输电线上的电流输电线上的电流 R R为为输电线的电阻输电线的电阻。结结总总减小损失的方法：减小损失的方法：增大导线横截面增大导线横截面提高输电电压提高输电电压、直流输电、直流输电 由于导线也有电感、电容，当交流输电功由于导线也有电感、电容，当交流输电功率很大时，电感和电容引起的电能损失是很大率很大时，电感和电容引起的电能损失是很大的，故现在大功率输电线路开始采用高压直流的，故现在大功率输电线路开始采用高压直流输电。输电。直流输电示意图直流输电示意图发发电电厂厂交交流流变变直直流流高高压压输输电电直直流流变变交交流流用用户户 例、某发电机输出功率例、某发电机输出功率P=100P=100千瓦，发电机端电压千瓦，发电机端电压U=500U=500伏，向远距离输电的输电线总电阻伏，向远距离输电的输电线总电阻R=10R=10欧。现要欧。现要求输电损耗为求输电损耗为5%5%，用户得到的电压恰好为，用户得到的电压恰好为220220伏，则：伏，则：画出输电线路的示意图；画出输电线路的示意图；求出所用的变压器的原副线圈匝数比。求出所用的变压器的原副线圈匝数比。解：解：线路上损耗的功率为线路上损耗的功率为P = 5000 WP = 5000 W，P =IP =I2 2 2 2 R, R,电流为电流为I I2 2 =25A =25A，线路上的电压为线路上的电压为U=IU=I2 2 R=200V R=200V，U U2 2 =P/I =P/I2 2 =100000/25=4000V, =100000/25=4000V,nn1 1n n2 2 =U =U 1 1U U2 2 =1 =1 4 4U U3 3=U=U2 2 -U =3800V -U =3800V U U4 4 =220V =220Vn n3 3n n4 4 =U =U 3 3U U4 4 =190 =190 1111U U4 4 =220V =220VU U1 1=500V=500V1010U U2 2U U3 31 1、发电厂输出的交流电压为、发电厂输出的交流电压为2.22.2万伏万伏, ,输送功率为输送功率为2.22.210106 6瓦瓦, ,现在用户处安装一降压变压器现在用户处安装一降压变压器, ,用户的电用户的电压为压为220220伏伏, ,发电厂到变压器间的输电导线总电阻为发电厂到变压器间的输电导线总电阻为2222欧欧, ,求求:(1):(1)输电导线上损失的电功率输电导线上损失的电功率;(2);(2)变压器原副线变压器原副线圈匝数之比。圈匝数之比。2 2、由发电站、由发电站F F向远处负载向远处负载A A输电，输出功率输电，输出功率P P200kW200kW，已已知输电导线总电阻知输电导线总电阻R=5R=5欧，当发电端用欧，当发电端用U U1 111KV11KV的电压的电压输电时，输电线上的电压损失为多少？功率损失和效输电时，输电线上的电压损失为多少？功率损失和效率是多少？能否采用率是多少？能否采用400V400V低压输电？低压输电？3 3、用、用1 1万伏高压输送万伏高压输送100100千瓦的电功率，在输电线上损失千瓦的电功率，在输电线上损失2%2%的电功率，则输电线的电阻是的电功率，则输电线的电阻是_欧姆，如欧姆，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送功率的_%_%。 练习练习课后思考课后思考如图是发电厂发出的电经过一台升压器变压进行高压如图是发电厂发出的电经过一台升压器变压进行高压输电后，再经过一台降压变压器降压送入一居民小区输电后，再经过一台降压变压器降压送入一居民小区的示意图，已知发电机的功率为的示意图，已知发电机的功率为P P4 410103 3KWKW，电压电压U U400V400V，高压输电线上电阻高压输电线上电阻r r1010欧，欲使高压输电线欧，欲使高压输电线路上损失的电能控制在路上损失的电能控制在1010，则升压变压器和降压变，则升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比各是多少才能使多少盏压器原、副线圈的匝数比各是多少才能使多少盏“200V200V，100W100W”的电灯正常发光？的电灯正常发光？