变压器_远距离输电

变压器　 远距离输电 　　一、变压器： 　　各种用电器的额定工作电压可以各不相同，各种发电机的输出电压相差很大，为了能够实现电压的改变，以适应各种不同的需要，在交变电流中的变压器就起到了这种作用，变压器是改变交流电压的设备。 　　1、变压器的构造 　　单相变压器示意图及其在电路图中的符号（见图） 　　 INCLUDEPICTURE "http://video.etiantian.com/security/3966ff2022dc9a8de3eb9a51e0860181/4a6eb930/ett20/resource/66892c590f37f050c734f4038ebc1952/tbjx.files/image001.gif" \* MERGEFORMATINET 　　闭合铁心 　　原线圈（初级线圈）n1匝 　　副线圈（次级线圈）n2匝 　　U1：输入电压 　　U2：输出电压 　　说明：使用闭合铁心，使原线圈产生的交变磁场几乎全部集中在铁心中，因而变压器工作时能量损失很小，特别是大型变压器，能量传输效率可达97～99.5%，为了研究问题的方便，人们常常不考虑其损失，这种变压器叫做理想变压器。 　　变压器的副线圈与原线圈电路不通，通过磁路联系。 　　2、工作原理 　　电磁感应原理是变压器工作的基础。 　　～U1→～I1→变化的磁场 →～U2 　　电能→磁场能→电能 　　3、理想变压器的工作规律 　　（1）电动势关系： 　　由于互感现象，没有漏磁，原副线圈中具有相同的ΔΦ/Δt，根据法拉第电磁感应定律有：E1=n1ΔΦ/Δt，E2=n2ΔΦ/Δt，所以E1：E2=n1：n2 　　（2）电压关系： 　　因为不计原副线圈的电阻，因而U1=E1，U2=E2，所以U1：U2=n1：n2 　　输出电压U2由输入电压U1决定。 　　（3）功率关系： 　　由于不计各种能量损失，输入功率等于输出功率　 P1=P2 　　输入功率P1由输出功率P2决定。 　　（4）电流关系： 　　由P1=P2得U1I1=U2I2，所以I1：I2=n2：n1 　　输入电流I1由输出电流I2决定。 　　4、几种常用的变压器 　　（1）自耦变压器。 　　（2）互感器。 　　利用变压器可以把高电压变为低电压、大电流变为小电流进行测量，既能保证测量人员的安全，同时解决了电表量程较小的矛盾。 　　二、电能的输送： 　　人们常把各种形式的能（如水流能，燃料的化学能，原子能）先转化为电能再进行传输，这是因为电能可以通过电网来传输。 　　1、任何电线都有电阻，都存在功率损失和电压损失。 　　功率损失：ΔP=I2R，　 电压损失：ΔU=IR， 　　2、减小损失的方法： 　　 　　其中减少I方法最有效：有可行性，因为Q∝I2，电流对能量损失的影响最大，在输电功率一定的情况下，由P=UI得，利用高压输电可减少I。 　　3、输电线路： 　　 　　U2：U1=n2：n1 　　P2≤P1　 （即I2U2≤I1U1） 　　U2=U'+U3 　　I=I2=I3 　　U3：U4=n3：n4 　　P4≤P3 　　P4=I42R4 　　[例题] 　　例1、有一降压变压器，它的输入电压最大值为220V，另有一负载，当它接在22V直流电源上时，消耗功率为P，若使它接在上述变压器的次级电路中，消耗 的功率，则此变压器原、副线圈的匝数比为（　 ） 　　A、14：1　 B、1：14　 C、10：1　 D、1：10 　　分析： 　　设负载电阻为R，直流电压U0=22V，变压器次级电压的有效值为U2，则由题意知　 。两式相比，得 。 　　而变压器初级电压的有效值为　 。 　　因此，该变压器原副线圈的匝数比为 。 　　：C。 　　例2、如图所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1=1100匝，接入电压U1=220V的电压中。 　　 （1） 要求在两组副线圈上分别得到电压U2=6V，U3=110V，他们的匝数分别是多少？ 　　 （2） 两组副线圈上分别接上“6V、20W”、“110V、60W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？ 　　 　　分析： 　　第（1）问，根据电压与匝数的正比关系即得：第（2）问，应根据原、副线圈功率相等的关系计算。 　　解： 　　（1）根据原、副线圈间电压与匝数的关系，由　 ，得 　　 　　（2）设原线圈输入电流为I1，由P入=P出，即　 I1U1=I2U2+I3U3=P2+P3 　　∴ 。 　　例3、一台降压变压器原副线圈匝数比为4：1，供一照明电路用电，原线圈所加交变电压U1=1410sin100πtV，照明电路连接导线的总电阻R=1.0Ω，问能使多少盏“220V，40W”的电灯正常发光。 　　分析： 　　供电示意图如图所示，要使用电器正常工作，必须使用电器两端电压达到其额定值220V。 　　解： 　　由电源电压U1=1410sin100πtV，得加在原线圈上电压的有效值 。 　　 　　根据变压器公式　 ，所以副线圈两端的电压 。 　　此时由副线圈作为“电源”，对电灯供电，设共需并联n盏电灯，每灯正常发光时的电流为　 。 　　根据欧姆定律，由U2=nI0R+U0，得 　　 　　例4、某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104W，电厂输出电压仅350V，为减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电线路的总电阻为4Ω，允许损失的功率为输送功率的5%，求用户所需电压为220V，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？ 　　分析： 　　依题意远距离输送电能电路如图所示，导线损失的电能转化为热能，所以据电功率的知识可求出，输送导线中的电流，据理想变压器原理和能量守恒，可算出升压变阻器的输出电压和降压变压器输入电压，就能解决该题中提出的问题。 　　 　　解： 　　由电路中损失功率 　　得输电线路中电流为 　　升压变压器输出电压为　　 　　据理想变压器原理得升压变压器的初、次级的匝数比为　 　　降压变压器输入功率为 　　 　　所以降压变压器初级电压　 　　降压变压器的匝数比为　 　　例5、一小型水力发电站水坝落差h=5m，流量q=1m3/s，发电机组总效率η=50%，机端输出电压350V，为了向离电站较远处的用户供电，采用先升压、再降压的办法，设输电总电阻R线=4Ω，允许输电线电热损失功率为电站输出功率的5%，用户需要电压220V，试计算升压变压器、降压变压器的匝数比。g=10m/s2。 　　分析： 　　水电站是依靠从高处落下的水冲击水轮机，由水轮机带动发电机向外供电的，能的转化方式是高处水的重力势能转化为电能，已知落差、流量和发电机组效率，即可算出发电机的输出功率，这些功率通过升压变压器——输电线——降压变压器送给用户时，仅在输电线上有能量损失。根据输电线损失功率的百分比和输电线电阻，可算出通过输电线上的电流，于是匝数比也就可算出。 　　解： 　　由题中条件得1s内水做功 　　 　　即水流功率 　　发电机输出功率　 。 　　升压变压器的输入电流（即原线圈电流）为　 。 　　升压变压器的输出电流（即副线圈电流）等于输电线中的电流，根据输电线中的电热损失限制得　 。 　　根据变压器公式知升压变压器原、副线圈的匝数比为 。 　　降压变压器的输入电流即输电线中的电流　 　　降压变压器的输出电流（即输入用户的电流）可由用户得到的总功率和用户电压得 　　 　　所以降压变压器的匝数比