变压器和远距离输电
变压器+远距离输电——廖铭颖
变压器&远距离输电
厦门三中 廖铭颖
U=220V
U=5V
U>100kV 高压输电线 U=220V
为了便于改变电压，以
适应各种不同的需要，经常会 用到变压器。变压器就是改变 交流电压的设备。
变压器
PART ONE
变压器的构造
1.示意图 2.电路图中符号
(初级线圈) 原线圈 n1
输入电压 U2 U1 输出电压 铁芯
P1=P2
P2=P3+P损
P3=P4
【思考】远距离输电过程中有电能损耗吗？ 有的话是什么原因造成的呢？
4.如何减小电能损失? (1)减小导线电阻 ������ ������ = ������ ������
P损=I2r线
①减小电阻率ρ。银的电阻率最小，但价格昂贵，
问题
目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线。
I1
I2
I21 I22 I23
课堂练习
������1 ������1 = ������2 ������2
������1 ������2 = ������2 ������1
U1不变 U2不变
远距离输电
PART TWO
电能输送示意图
U=10kV
U=300kV U=100kV U=10kV
U=220V
n 1 n2
课堂练习
������1 ������2 1 = = ������2 ������1 5
2 ������1 ������1 = ������2 ������2 = ������2 ������
⇒ ������2 = 1������
课堂练习
������1 ������2 1 1 = = ⇒ ������1 = ������2 ������2 ������1 3 3
变压器及其远距离输电
6 A
．
它 来 解 决 交 流 电及 其 变 压 器 的计 算 问题 从 能 量 转 化 的观点 出发来理 解 交流 电 变压 器 问题
．
、
．
输 电线功 率损 失
出功率
P
m
—
损
一
琏
R
一
144 W
发 电机 的输
0 驴一，
。
P
用
+ P
I
损
5 424 W
发 电机 的 电流
＆
一
暑k
一
24
A
，
升压变压 器的
降压 变 压 器 的 匝 数 比是
．
1
，
输 电线 的总 电阻
“
R
是
Q
全校共有
，
22
个班 每班有
，
220
，
V
：
、
40 W
”
的 电灯
6
盏 若要 保证 全 部 电灯输 出功 率 学校 电灯 的总 功率
40 )
，
；(
2 )
发 电机 的 电动势
交变 电流锚例分新
浙江
王
．
解
P
．
① 电压损失 ②功率损失
4 )3
．
个 关 系
：A
① 电压 损失关 系
U
=
队
一
U
理 想变压 器 的电
压 损 失 是 输 电线 上 的 电 阻导 致
，
升 压 变 压 器 的输 出 电
．
压 和 降压 变 压 器 的输 入 电 压 的差 就 是 电 压 损 失
A
r
y2
2024高考物理复习重难点解析—直流电路和交流电路(全国通用)
2024高考物理复习重难点解析—直流电路和交流电路（全国通用）这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是闭合电路欧姆定律、焦耳定律、变压器的原理的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核.例题1. 电路如图所示，电源内阻为r ，L 1、L 2、L 3为相同规格小灯泡，当滑动变阻器R 的滑片向右滑动时（ ）A ．小灯泡L 1比L 2亮，L 2比L 3亮B ．电源内阻损耗功率增加C ．电源效率降低D ．灯泡L 2变暗【答案】D 【解析】A ．由于123I I I =+则灯泡L 1中的电流大于灯泡L 2中的电流，小灯泡L 1比L 2亮。
由于灯泡L 2支路的总电阻大于灯泡L 3支路的电阻，则灯泡L 2支路的电流小于灯泡L 3支路的电流，即L 2比L 3暗，A 错误；B ．滑动变阻器的滑片向右滑动时，接入电阻增大，干路电流减小，根据2P I r =可知，电源内阻损耗功率减小，B 错误；C ．根据()221=1I R r IRr R η=++外外外可知，滑动变阻器的滑片向右滑动时，接入电阻增大，外电阻增大，电源效率增大，C 错误；D ．滑动变阻器的滑片向右滑动时，接入电阻增大，根据“串反并同”可知，灯泡L 2中的电流减小，则灯泡L 2变暗，D 正确。
故选D 。
例题2.（多选） 如图为某地铁系统供电的变电站示意图，理想变压器原线圈两端连接有效值为36kV 的交流电源，两副线圈分别连接牵引电机和照明系统。
已知两副线圈匝数分别为2n 和3n ，牵引电机的额定电压为1500V ，额定功率为180kW ，照明系统的额定电压为220V ，闭合开关S ，牵引电机和照明系统均能正常工作。
则（ ）A ．23::7511n n =B ．牵引电机的内阻为12.5ΩC ．S 断开后，原线圈电流为5AD ．S 断开前后，原线圈电流不变【答案】AC 【解析】A ．根据223315007522011n U n U === A 选项正确；B ．若对于求纯电阻用电器223150012.518010U R P ==Ω=Ω⨯额额因电动机是非纯电阻用电器，故内阻不等于12.5Ω，故B 选项错误； C ．S 断开，由原线圈输入功率与副线圈输出功率相等，即11222180kW I U I U P ===可得3213118010A 5A 3610P I U ⨯===⨯C 选项正确；D ．S 断开后，减少了照明系统消耗的电功率，原线圈的输入功率也要减少，而原线圈两端电源电压136kV U =不变，故原线圈电流1I 应变小，D 选项错误。
热点10 理想变压器和远距离输电物理模型(解析版)-高考物理重点难点热点专题汇总
1.高考中交流电路部分主要考查交变电流的产生和描述、交流电有效值、变压器的规律及动态分析、远距离输电等知识点。
对理想变压器问题应该从电磁感应的本质、电压比、电流比和能量的观点几个方面正确理解。
远距离输电问题应该分段分析，注意各段电压、电流、功率的关系。
掌握输送电过程中功率损失和电压损失。
2.理想变压器和远距离输电问题有时也和电磁感应一起考查，熟练应用法拉第电磁感应定律、楞次定律判断感应电动势、感应电流的方向。
一.理想变压器基本模型（1）理想变压器的构造、作用、原理及特征。
构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁心上构成所谓的变压器。
作用：在办理送电能的过程中改变电压。
原理：其工作原理是利用了电磁感应现象。
特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交流电压。
（2）理想变压器的理想化条件及规律如图所示，在理想变压器的原线圈两端加交流电压U 1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，有∆∆=∆∆=222111,φεφεn t n 忽略原、副线圈内阻，有2211,εε==U U 。
另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相同，于是又有21φφ∆=∆。
由此便可得理想变压器的电压变化规律为2121n n U U =。
在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括了线圈内能量损失和铁心内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有21P P =，而111U I P =，222U I P =。
于是又得理想变压器的电流变化规律为1221n n I I =。
由此可见：①理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因素的差别）。
②理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想化条件下的新的表现形式。
高中物理【变压器 远距离输电】知识点、规律总结
二、电能的输送 如图所示，若发电站输出电功率为 P，输电电压为 U，用户得到的电功率为 P′，用 户的电压为 U′，输电线总电阻为 R.
3．掌握一个能量守恒定律 发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈 1，线圈 1 上的能量就 是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余 的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为 P1＝P ＋ 线损 P 用户．
考点四 三种特殊的变压器
(1)无漏磁，故原、副线圈中的 Φ、ΔΔΦt 相同．
(2)线圈无电阻，因此无电压损失，U＝E＝nΔΔΦt .
(3)根据Un＝ΔΔΦt 得，套在同一铁芯上的线圈，无论是原线圈，还是副线圈，该比例都
成立，则有Un11＝Un22＝Un33＝…
2．关于理想变压器的四点说明 (1)变压器不能改变直流电压． (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)理想变压器基本关系中的 U1、U2、I1、I2 均为有效值． (4) P 入＝P 出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于输出功率之和．
1．输出电流 I＝UP＝UP′′＝U－RU′.
2．电压损失 (1)ΔU＝U－U′. (2)ΔU＝__I_R___ . 3．功率损失 (1)ΔP＝P－P′. (2)ΔP＝__I_2R____＝UP2R .
4．减少输电线上电能损失的方法 (1)减小输电线的电阻 R.由 R＝ρSl 知，可加大导线的_横__截__面__积___、采用_电__阻__率__小___ 的材料做导线． (2)减小输电线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据 P＝UI，要减小电流，必 须提高_输__电__电__压___．
22版：第2讲 变压器 远距离输电（步步高）
34
解析 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变 压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其 两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；
当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线 圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小， 电流表A1示数变小，选项C错误； 若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端 电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小；原线圈中的电流也变 大，电流表A1示数变大，选项D错误.
12
2.(原线圈上有用电器的变压器)(多选)如图5所示，理想变压器原、副线
圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10
倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是
√A.原、副线圈匝数比为9∶1
B.原、副线圈匝数比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
图5
√D.此时a和b的电功率之比为1∶9
表示数增大
√D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电流表的示数增大
解析 当单刀双掷开关与a连接时，原线圈的匝 数为n1，则有 U2＝U1nn21， 当单刀双掷开关与 b 连接时，原线圈的匝数为n21，则有 U2′＝U1nn21， 联立得U2∶U2′＝1∶2，故电压表的示数比为1∶2，故A正确； 2 当t＝0时，c、d间的电压瞬时值为u＝Usin(100π×0)＝0，故B错误；
功率关系：P1＝P2＋P3＋P4＋……＋Pn 电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋n4I4＋……＋nnIn
考向1 变压器基本物理量的分析与计算
例1 (2017·北京卷 ·16) 如图2 所示，理想变压器的原线圈接在u＝
220 2 sin(100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、
高中物理-变压器、电能输送知识点
高中物理-变压器、电能输送知识点基础知识一、变压器1．理想变压器的构造、作用、原理及特征构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器．作用：在输送电能的过程中改变电压．原理：其工作原理是利用了电磁感应现象．特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压．2．理想变压器的理想化条件及其规律在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有：，忽略原、副线圈内阻，有U1＝E1，U2＝E2另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有由此便可得理想变压器的电压变化规律为在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”），有P1=P2 而P1=I1U1 P2=I2U2于是又得理想变压器的电流变化规律为由此可见：(1)理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别．）(2)理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想条件下的新的表现形式．3、规律小结(1)熟记两个基本公式：即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。
②P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。
(2)原副线圈中过每匝线圈通量的变化率相等．(3)原副线圈中电流变化规律一样，电流的周期频率一样(4)公式中，原线圈中U1、I1代入有效值时，副线圈对应的U2、I2也是有效值，当原线圈中U1、I1为最大值或瞬时值时，副线圈中的U2、I2也对应最大值或瞬时值．(5)需要特别引起注意的是：①只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：②变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。
远距离输电减小损失的方法
远距离输电减小损失的方法
远距离输电减小损失的方法主要有以下几种：
1. 减小输电线的电阻：采用电阻率小的材料来制造输电线，这样可以降低输电线的功率损失。
2. 增加输电线的横截面积：通过增加输电线的直径或片数，可以有效地减小输电线的电阻，从而降低输电线的功率损失。
3. 提高输电电压：通过提高输电电压，可以减小输电电流，从而降低输电线的功率损失。
4. 采用变压器升压输电：变压器可以将电能转化为磁场能，然后再转化为电能，这样可以提高输电电压，从而减小输电电流，降低输电线的功率损失。
5. 优化输电线路：通过优化输电线路的路径和布局，可以减小输电线长度和电阻，从而降低输电线的功率损失。
6. 采用无功补偿技术：通过在输电线路上安装无功补偿装置，可以补偿输电线路的无功损耗，从而提高输电效率。
7. 采用直流输电技术：直流输电可以减少输电过程中的能量损失，并且不受线路电阻和感抗的影响，因此具有较高的输电效率。
这些方法可以单独使用，也可以结合使用，以最大程度地降低远距离输电的损失。
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P1
P2
r线 P3
P4
F U 1 n1 n2 U2
U3n3 n4 U4 R用
升压变压器
降压变压器
回路3： 线圈n4 用户用电器 导线构成回路
线圈4电源导 线 R线 0用户用电器
I 4 I用户1 I用户2 U 4 U 用户1 U 用户2
P4 P用户1 P用户2 无能量损失
原线圈 产生感 应电动势
在铁芯中 产生变化 的磁通量
二个特征：1无漏磁：原磁通量沿铁芯全部通过副线圈
2无铜损：原副线圈没有电阻不产生焦耳热
三个决定：
I1
U1 n1
I2
n2 U2
R
1.U2由U1和匝数比决定； U2＝n2/n1·U1 而U1由电源决定；
2.I1由I2和匝数比决定；I1＝n2/n1·I2 而I2由U2和负载决定；I2＝U2／R
两个联系 回路1升压变压器联系回路2
I1
U1 U 2I2
n1 n2
I1 I2
I3
n2 n1
P1
I4
P2
P1
P2
r线 P3
P4
F U 1 n1 n2 U2
U3n3 n4 U4 R用
升压变压器
降压变压器
回路3 降压 变压器 联 系回路4
U3 U4
n3 n4
2、一小型发电站通过升压,降压变压器把电能输给
用户.已知发电机的输出功率是500kW,端电压为500V,升
压变压器原、副线圈的匝数比为1:5,两变压器间输电线
的总电阻为1.5Ω,降压变压器的输出电压为220V,不计变
r 压1)器画出的输损I1电耗线.求路：的I示2 意图（并标I出3 各部分I4的符号）
3.输入功率P1由输出功率P2决定； P1＝P2
U1 U2nn12U1U2 I2UR负2 I2 I1UU12I2 I1 P1I1U1 P1
四个关系：
1电压关系 U1 n1
U2 n2
2电流关系 I1 U 2 n2 I 2 U1 n1
３功率关系 P入= P出
I1 I机 U1 U机 P1 P机 无能量损失
回路2： 线圈n2 线圈n3 远距离输电导线构成回路
线圈2电源 导线R线0 (导线电阻)(线圈3)用电器
I2 IR II13 U2 IU2R U3 P2I3 PR PI34有能量损失
P1
F U 1 n1
P2
n2 U2
线 P3
U3n3
P4
U4
n4
R用
1:5
升压变压器
降压变压器
(2)升压变压器的副线圈两端电压；2500V
(3)输电导线上的功率损失；60kW
(4)降压变压器原、副线圈的匝数比；10:1
(5)用户得到的功率。440kW
互感器
U1 n1 n2 U2
V 电压互感器
A 电流互感器
远距离输电：
发
I1
电 机
P1
F U 1 n1
I2
P2
n2 U2
I3
r线 P3
U3n3
I4
P4
n4 U4
用 电
器
R用
升压变压器 高压输电线路 降压变压器
升压变压器
降压变压器
三个回路
回路1：发电机 线圈n1 导线构成回路
E其 发电机 E电 导线电阻不计 线圈1
I3 I4
n4 n3
P3
P4
一个能量守恒
E其 发电机 E电 两变压器，输电线用户 两变压器上无能量损失 ，输电线上有能量损失
P1 P线 P用户
I1
I2
I3
I4
P1
P2
r线 P3
P4
F U 1 n1 n2 U2
U3n3 n4 U4 变压器 远距离输电
理想变压器的“一二三四” 一个原理：互感原理
原线圈 接 交流电
在铁芯中 产生变化 的磁通量
副线圈 产生感
应电动势
变压器只能改变交流电压
副线圈 有交流 电
变压器通过闭合铁芯利用互感现象实现
原电能 → 磁场能 → 副电能转化 (U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2)
4频率关系 f1 f2
特点：变交不变直，变压不变频 电压输入决定输出 电流功率输出决定输入
多个副线圈
I1
～ U1
n1 n2 n3
I2 U2
U3 I3
P1 P2 P3
U1 :U2 :U3 n1 : n2 : n3
I1U1 I 2U 2 I3U3
交变 电流
变压器
自耦变压器
U1 n1 n2 U2