1、第2节 理想变压器 电能的输送,-2-,基础夯实,自我诊断,1.理想变压器 (1)构造:如图所示,变压器是由闭合铁芯 和绕在铁芯上的两个线圈 组成的。 原线圈:与交流电源连接的线圈,也叫初级 线圈。 副线圈:与负载 连接的线圈,也叫次级 线圈。 (2)原理:利用电磁感应的互感 现象。 (3)基本关系式 功率关系:P入=P出 ;,有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+UnIn。,-3-,基础夯实,自我诊断,(4)常用的变压器 自耦变压器调压变压器。,-4-,基础夯实,自我诊断,2.远距离输电 (1)输电过程(如图所示) (2)输电导线上的能量损失 主要是由输电线的电阻发热产生的,表达式为
2、Q=I2Rt 。 (3)电压损失 U=U-U;U=IR 。 (4)功率损失,-5-,基础夯实,自我诊断,变压器的工作原理是什么?变压器能否改变恒定电流的电压? 提示：互感现象是变压器工作的基础,根据电磁感应现象产生的条件可知,若原线圈中通入恒定电流,在副线圈中不会产生感应电动势,故变压器不能改变恒定电流的电压。,-6-,基础夯实,自我诊断,1.(多选)如图所示,原、副线圈匝数比为21的理想变压器正常工作时( )A.原、副线圈磁通量之比为21 B.原、副线圈电流之比为12 C.输入功率和输出功率之比为11 D.原、副线圈磁通量变化率之比为11,答案,解析,-7-,基础夯实,自我诊断,2.下图为一
3、种变压器铭牌上所提供的信息,以下判断正确的是( ),型号:PKT-12-3000 输入参数:220 V 50 Hz 输出参数:12 V 3.0 A,A.这是一个升压变压器 B.原线圈的匝数比副线圈的匝数多 C.当原线圈输入交流电压220 V时,副线圈输出直流电压12 V D.当原线圈输入交流电压220 V、副线圈接负载时,副线圈中电流比原线圈中电流小,答案,解析,-8-,基础夯实,自我诊断,3.远距离输电时,在输送电功率不变的条件下( ) A.只有增大导线的电阻,才能减小电流,提高输电效率 B.提高输电电压,能减小电流,提高输电效率 C.提高输电电压势必增大输电导线上的能量损耗 D.提高输电电
4、压势必增大输电导线上的电流,答案,解析,-9-,基础夯实,自我诊断,4.如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为12,副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为22 W,原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关,灯泡正常发光,若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则( )A.U=110 V,I=0.2 A B.U=110 V,I=0.05 A C.U=110 V,I=0.2 A D.U=110 V,I=0.2 A,答案,解析,-10-,基础夯实,自我诊断,5.下图为远距离输电的电路原理图,下列判断正确的是( )A.U1U2 B.U2=U3 C.I4I2,答案,解析,
5、-11-,考点一,考点二,考点三,理想变压器原、副线圈关系的应用(师生共研),-12-,考点一,考点二,考点三,例1(多选)如图所示,将额定电压为60 V的用电器,通过一理想变压器接在正弦式交流电源上。闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。 以下判断正确的是( )A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1n2=113,答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,例2图甲为一理想变压器的电路示意图,其原、副线圈的匝数比为41,
6、电压表和电流表均为理想电表,Rt为随着温度升高而阻值变小的热敏电阻,R1为定值电阻。若发电机向原线圈输入图乙所示的正弦式交变电流。下列说法正确的是( )A.变压器原线圈输入的交流电压的表达式为u=36 sin 50t V B.变压器原、副线圈中的电流之比为41 C.t=0.01 s时,发电机的线圈平面位于中性面 D.温度升高时,变压器的输入功率变小,答案,解析,-14-,考点一,考点二,考点三,规律总结关于理想变压器的四点注意 (1)变压器不能直接改变恒定电流。 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量,所以没有能量损失。 (4)理想变
7、压器没有磁通量损失,磁通量全部集中在铁芯中。,-15-,考点一,考点二,考点三,突破训练 1.如图所示,甲、乙两个交流电路中,电源的电压、输出电流均相等。若理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1,n2,则负载电阻R1与R2的比值为( )A.n1n2 B.n2n1,答案,解析,-16-,考点一,考点二,考点三,2.(2018天津卷)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的 ,则( ),C.电流表A的读数变为2I D.通过R的交变电流
8、频率不变,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,理想变压器的动态分析(师生共研) 1.匝数比不变(如图甲所示),(3)I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化情况。,-18-,考点一,考点二,考点三,2.负载电阻不变(如图乙所示),-19-,考点一,考点二,考点三,例3(多选)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为41,b是原线圈的中心抽头,图中各电表均为理想的交流电表,定值电阻R=10 ,其余电阻均不计。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交流电压,则下列说法正确的是( ),甲 乙 A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为55 V B.当单刀双掷开关
9、与a连接且t=0.01 s时,电流表示数为零 C.当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的输入功率增大 D.当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率为25 Hz,答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,思维点拨1.单刀双掷开关由a拨向b,原线圈的输入电压不变,原副线圈的匝数比发生变化,副线圈的输出电压发生变化。 2.理想变压器的输入功率等于输出功率。,-21-,考点一,考点二,考点三,例4(2016全国理卷)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ,A为理想交流电流表,U为正弦式交流电源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为
10、I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为( )A.2 B.3 C.4 D.5,B,-22-,考点一,考点二,考点三,解析： 当S断开时,电路如图甲所示 由闭合电路欧姆定律,原线圈两端电压U1=U-IR1,-23-,考点一,考点二,考点三,当S闭合时,电路如图乙所示。 由题意知原线圈两端电压 U1=U-4IR1,-24-,考点一,考点二,考点三,方法归纳分析有关理想变压器动态问题的一般思路 分析理想变压器的动态问题,关键是抓住不变量,以不变量为基础,根据变化量引起的现象由欧姆定律分析电流、电压等各量的变化。分析动态问题的一般思路如下:,-25-,考点一,考点二,考点三,突破
11、训练 3.(多选)如图所示,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均为定值电阻,开关S是闭合的。V1和V2为理想电压表,读数分别为U1和U2;A1、A2和A3为理想电流表,读数分别为I1、I2和I3。现断开S,U1数值不变,下列推断中正确的是( )A.U2变小、I3变小 B.U2不变、I3变大 C.I1变小、I2变小 D.I2变大、I3变大,答案,解析,-26-,考点一,考点二,考点三,4.(多选)如图所示,矩形线圈abcd与一个有滑动触头的理想变压器原线圈组成闭合电路。线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,磁感应强度大小为B,线圈转动的角速度为,匝数为N
12、,线圈电阻不计。下列说法正确的是( )A.将原线圈触头P向上滑动时,灯泡变暗 B.电容器的电容C变大时,灯泡变暗 C.线圈处于图示位置时,图中交流电压表读数为零 D.若线圈转动的角速度变为2,则交流电压表读数变为原来的2倍,答案,解析,-27-,考点一,考点二,考点三,远距离输电(师生共研) 远距离输电问题的“三二一” 1.理清三个回路(如图)在回路2中,U2=U+U3,I2=I线=I3。,-28-,考点一,考点二,考点三,2.抓住两个联系 (1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是,(2)理想的降压变压器联系着回
13、路2和回路3,由变压器原理可得:线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是,3.掌握一个守恒 能量守恒关系式P1=P损+P4。,-29-,考点一,考点二,考点三,例5(多选)一台发电机最大输出功率为4 000 kW,电压为4 000 V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=1 k。到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220 V、60 W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则( ) A.变压器T1原、副线圈电流分别为103 A和20 A B.变压器T2原、副线圈电压分别为1.8
14、105 V和220 V C.变压器T1和T2的变压比分别为150和401 D.有6104盏灯泡(220 V、60 W)正常发光,答案,解析,-30-,考点一,考点二,考点三,(2)T2副线圈电压U4=220 V。,-31-,考点一,考点二,考点三,方法归纳输电线路功率损失的四种计算方法 (1)输送功率是指升压变压器输出的功率,损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率。两者关系是P损=P-P(P为输送功率,P为用户所得功率)。,(4)P损=UI线。,-32-,考点一,考点二,考点三,突破训练 5.某山区小型电站的输电示意图如图所示,发电厂发出U1=220 sin 100t V的交变电流通过变压器升
15、压后进行向外输电,到达用户端再通过降压变压器降压给用户供电,图中高压输电线部分总电阻为r,电表是理想交流电压表。则下列有关描述正确的是( ),A.若开关S1、S2都断开,则电压表示数为零 B.负载端所接收到交变电流的频率为25 Hz C.深夜开灯时灯泡特别亮是高压输电线上电压损失减小的缘故 D.用电高峰期灯泡较暗,可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度,答案,解析,-33-,模型建立,典例示范,以题说法,变式训练,三种特殊的变压器 1.自耦变压器 自耦变压器(又称调压器)只有一个线圈,将其中的一部分作为另一个线圈,当交流电源接不同的端点时,它既可以用来升压也可以用来降压,理想变压器的基本
16、关系对自耦变压器均适用,如图所示。,-34-,模型建立,典例示范,以题说法,变式训练,2.互感器,-35-,模型建立,典例示范,以题说法,变式训练,3.多个副线圈变压器 遇到具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个关系:,(2)电流关系:n1I1=n2I2+n3I3+ (3)功率关系:P1=P2+P3+,-36-,模型建立,典例示范,以题说法,变式训练,例1自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示,其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900;原线圈匝数为1 100,接在有效值为220 V的交流电源上。当变压器输出
17、电压调至最大时,负载R上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为( ) A.380 V和5.3 A B.380 V和9.1 A C.240 V和5.3 A D.240 V和9.1 A,答案,解析,-37-,模型建立,典例示范,以题说法,变式训练,例2在变电站里,经常要用交流电表监测电网上的强电流,所用的器材叫电流互感器。如图所示,能正确反映其工作原理的是( ),答案,解析,-38-,模型建立,典例示范,以题说法,变式训练,1.自耦变压器的原、副线圈共用一个线圈,通过调节,可以升压,也可降压。 2.对于有两个以上副线圈的理想变压器,电压与匝数始终成正比,而电流与匝数成反比的规律则不成立,但在任何情况下,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。,-39-,模型建立,典例示范,以题说法,变式训练,如图所示,接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比n1n2n3为( )A.111 B.321 C.621 D.221,答案,解析,
