變壓器電能的輸送

1、變壓比:U1 =土U2n2變流比:h _ n2I 2ni功率傳輸比:旦=13|11-15第二節(jié)變壓器電能的輸送知識(shí)要點(diǎn)（一）變壓器的構(gòu)造和電路圖示變壓器由一個(gè)閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩組線圈組成，這兩組線圈分別稱作原線圈和副線圈。電路圖示如圖11-15。（二）變壓器的用途用來改變交流電的電壓和電流，同時(shí)傳輸交流電電能。（三）變壓器的工作原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的互感原理。（四）理想變壓器的工作規(guī)律對(duì)于理想變壓器，沒有電能的損失，應(yīng)用P1 = P2,即12 = 1211（五）遠(yuǎn)距離交流電能的輸送方法：提高輸送電壓目的：減少輸電線上的電能損失原理：當(dāng)輸送功率 P 一定時(shí)，提高輸送電壓 U,就能減小輸電電

2、流I，使輸電線上熱耗 功率P =i2r減少。疑難分析1. 實(shí)際工作的變壓器是否都是理想變壓器？h廠1L1!| n： 11 i - 16不是的，理想變壓器必須在電能的傳輸過程中沒有能量 的損失，但實(shí)際上是不可能的，它總有這樣幾種損失：（1）線圈本身有電阻，電流流過會(huì)發(fā)熱；（2）交變的磁通量在鐵芯中感應(yīng)出交流電流，使鐵芯發(fā)熱；（3）電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能時(shí)向外有泄漏。因此任何變壓器都有能量的損失，傳輸效率低于100%用現(xiàn)代工程技術(shù)制造的變壓器已能達(dá)到95鳩上的效率，將實(shí)際變壓器當(dāng)作理想變壓器來研究，是物理學(xué)上的理想模型法。2. 理想變壓器工作規(guī)律是如何得出的？如圖11-16，當(dāng)原線圈上加上交流電壓 Ui

3、時(shí)，原線圈中就有交流電流通過，在鐵芯中產(chǎn) 生了交變磁通量，這個(gè)交變磁通量同時(shí)穿過原副線圈，使之各自產(chǎn)生一個(gè)交流電動(dòng)勢(shì)，由法拉第電磁感應(yīng)定律：， ；2二n2，其中n1和n2分別為原副線圈匝數(shù)，為-t-t-t每匝上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由此可見，線圈每匝上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是相等的。對(duì)于理想變壓器，不計(jì)線圈電阻，應(yīng)有Ui= ，U2= ；2所以輸電線上降去電壓U =L2-U3=230-220=10 (V)所以h _ n2I2ni3.正確理解變壓器工作時(shí)，原線圈工作電流I 1和副線圈工作電流I 2的關(guān)系。對(duì)于理想變壓器 L =毀，由于=K為定值，所以|1=K|2, |1與|2成正比關(guān)系。當(dāng)副12 mni線圈上所加負(fù)

4、載增大時(shí)，電阻R減小，工作電流|2增大，|1也要正比例地增大。實(shí)際變壓器Ii的增大比理論上還要大些。 當(dāng)副線圈空載時(shí)，R=： , | 2=0,但|i豐0,有一個(gè)微小電流值， 這就是變壓器的空載電流， 將引起空載能耗，所以變壓器不工作時(shí)， 最好將原線圈與電源斷 開。4.實(shí)際變壓器工作時(shí)，為什么受額定功率的限制？實(shí)際變壓器畢竟不是理想變壓器，都有能量的損失，而且主要是變壓器發(fā)熱。如果工作時(shí)功率太大，發(fā)勢(shì)很厲害，就可能燒毀線圈，因此實(shí)際變壓器工作時(shí)都受額定功率的限制， 如果長(zhǎng)期工作在額定功率狀態(tài)下，還需附加冷卻裝置，像絕緣油浸冷卻式變壓器就是一種。例題解析1.有一理想變壓器，在其原線圈上串接一個(gè)熔斷

5、電流lo=1A的保險(xiǎn)絲A后接到220V交流電源上，副線圈接一個(gè)可變電阻 R作 負(fù)載，如圖11-17，已知原副線圈匝數(shù)比 ni：n2=5:1，為了不使 A 熔斷，R的取值范圍多大？B II- 17R解：由UL =21U 2 門2副線圈工作電壓2=理 5 = 1 220 =44 (V)n1_n211| 2 n1當(dāng)|1=|o=1A時(shí)，副線圈上最大工作電流n1I2 011 =5(A)5圖M 18所以，R的最小值為44U18.8（門）100:1 ,在原線圈上加電壓 23kV,畐U線圈通過電阻220V,如圖11-18，求供電線上損耗的功為2Q的供電導(dǎo)線向用戶供電, 率。解：由題意U2 =匹U1 23 10

6、230(V)100即R取值為R8.8 Qo2.配電站變壓器的原副線圈匝數(shù)比為用戶得到的電壓為U 10所以，輸電線上損失功率P =50（W）R 2知識(shí)拓寬（一）什么是自耦變壓器，什么是互感器，各有什么用處自耦變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只有一組線圈，這個(gè)線圈有一個(gè)或幾個(gè)抽頭，如圖11-19，如果交整個(gè)線圈作原線圈，部分線圈作副線圈， 就成了一個(gè)降壓變壓器；反之部分線圈作原線圈，整個(gè)線圈作副線圈，就成一個(gè)升壓變壓器，這種變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)電壓方便，廣 泛用作調(diào)壓變壓器?；ジ衅骶褪亲儔浩鳎?jīng)常用作交流電壓表測(cè)高壓、及交流電流表測(cè)強(qiáng)電流時(shí)的配件， 因此又分為電壓互感器和電流互感器兩種，圖11-20（a）為

7、電壓互感器工作原理，它將線路上高壓U1降壓后，由電壓表測(cè)出2，根據(jù)變壓比 也，就可算出 5=匹2。圖11-20（b）為電n2n2流互感器工作原理，它將線路上的強(qiáng)電流11變小后由電流表測(cè)出12,再根據(jù)變流比上算出n111=12。為了安全，互感器使用時(shí)，外殼和副線圈必須接地。圖 II - 19ffl tl-20（二）關(guān)于交流電遠(yuǎn)距離輸電目前尚未解決的問題交流電采用遠(yuǎn)距離高壓輸電，有效地減少了線路電阻的熱耗，但遠(yuǎn)距離輸電線路還存在電感和電容，也對(duì)交流電有阻礙作用，分別叫感抗和容抗。在感抗很大，容抗很小時(shí)，交流 電損失也無(wú)法估量， 甚至使交流電無(wú)法輸出去，解決的辦法是采用高壓直流輸電。因?yàn)檩旊娋€路的感

8、抗和容抗對(duì)直流電不起作用，只不過目前的大型發(fā)電機(jī)都是交流發(fā)電機(jī)，要實(shí)現(xiàn)直流輸電，必須同時(shí)有大型換流設(shè)備，制造上有困難，價(jià)格很昂貴，因此暫時(shí)沒有實(shí)行。練習(xí)題一、選擇題1. 理想降壓變壓器原副線圈及其兩側(cè)，不相同的物理量是（）（A）交流電的功率（B）交流電的頻率（C）磁通量的變化率（D）交流電的最大值2. 一個(gè)理想變壓器，原副線圈匝數(shù)比為2:1，如果將原線圈接在 6V電池上，則副線圈兩端電壓為（）1(D) V43.如圖11-21所示，原副線圈匝數(shù)分別為n1和n2,原線圈加交流電壓U,以下說法中(A) 12V(B) 3V(C) 0V正確的是(A)(B)(C)(D)K斷開時(shí),MN兩端電壓最大，0N兩端

9、電壓為零K斷開時(shí)，MN兩端電壓為零，ON兩端電壓為 Unjn2 K閉合時(shí)，MN兩端電壓為 Uin2/n 1K閉合時(shí)，使P下滑，原線圈電流變小m li 21()M4.如圖11-22所示，理想變壓器工作時(shí)，若 電表及輸入功率P1的變化情況正確的是A增大，A減小，P增大A A增大，P也增大A A2減小，P1也減小A增大，P1減小 畐U線圈加一負(fù)載,(A)(B)(C)(D)5. 一V1V2不變，V1V2不變，V1V2不變，V不變，V2增大，Al減小, 理想變壓器原線圈接交流電，F(xiàn)列哪些方法可使輸入功率增大?P上滑,(所有)PH )1 - 22(B)減小負(fù)載(D)增加原線圈匝數(shù)6. 如圖11-23所示，

10、一個(gè)理想變壓器原副線圈匝數(shù)比 均正常發(fā)光，若在原線圈上也串接一個(gè)相同的燈，則該燈(A)正常發(fā)光(B)比三燈暗(C)會(huì)燒毀(D)不能確定7. 在電能輸送過程中，若輸送電功率一定，則關(guān)于輸 電線上損耗的電功率，下列判斷中錯(cuò)誤的()(A)(B)(C)(D)(A)增大負(fù)載(C)減少副線圈匝數(shù)隨輸電線電阻的增大而增大 與輸送電壓的平方成正比 與輸電線上電壓降平方成正比 與輸電線路中電流平方成正比8. 如果將輸電電壓提高 k倍，則在辦理電功率相同、 線材料和長(zhǎng)度也相同的情況下，導(dǎo)線的橫截面積可為原來的(B)-k(A) K倍3:1，副線圈并接三個(gè)同樣的燈,辦理電線上功率損失也相同、輸電()2 1(C)k 倍

11、(D二、填空題1. 一個(gè)理想變壓器，原線圈接加100匝后，它兩端的電壓將增加220V交流電壓時(shí)，畐U線圈的電壓是22V。若將副線圈增33V,則這個(gè)變壓器線圈每伏電壓需繞 匝，磁通量V，原線圈有匝，副線圈原有m=600匝，電源電壓 U1=220V,n2=120匝，那么副線圈上電流最大值不得超過的變化率為Wb/s，每匝上電壓為2. 有一個(gè)正在工作的理想變壓器，原線圈匝數(shù)串有一個(gè)0.2A的保險(xiǎn)絲，副線圈匝數(shù) 負(fù)載功率不得超過W 。3. 圖11-24所示，變壓器變壓比為 的燈正好正常發(fā)光，則圖中伏特表示數(shù)為匝。 原線圈上10:1，副線圈上“ 12V 6WV ，安培表示數(shù)為Ao腳 il - 244. 變

12、壓器原副線圈匝數(shù)比為10 : 3，副線圈外接一只 100 Q電阻，則當(dāng)原線圈接u=100sin100二tV交流電壓時(shí)，在一個(gè)周期中，電阻上發(fā)熱量為J 。5. 設(shè)交流發(fā)電機(jī)端電壓為220V,輸出功率為110kW 輸電線總電阻為 0.3 Q ,則直接輸電，線路上損耗功率為 W 。若將220V是壓升高到3.3kV輸送，輸電線上損耗功率又為W。T 6.某變電站用220V電壓輸電，導(dǎo)線上損失功率是輸出功率的20%若要使導(dǎo)線損失功2率是輸出功率的5%則輸出電壓應(yīng)變?yōu)閂 。三、計(jì)算題某發(fā)電機(jī)輸出功率為P=100kW發(fā)電機(jī)端電壓為 U=250V向遠(yuǎn)處輸電線總電阻R=8Q ,要想使輸電線上功率損失不超過輸送功率的5%用戶又正好能得到 220V工作電壓，那么(1) 應(yīng)怎樣按裝變壓器？畫出輸電線路示意圖。(2) 求出所用變壓器原副線圈匝數(shù)比。參考答案一、選