变压器及远距离输电

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1、变压器及远距离输电一、教法建议抛砖引玉本单元双基学习目标物理知识方面1．了解变压器的构造及工作原理。2．掌握变压器的电压、电流与匝数的关系式及功率关系。3．了解远距离输电原理。能力培养方面通过远距离输电原理分析，培养学生分析问题解决实际问题的能力。指点迷津本单元重点内容点拨本单元介绍了理想变压器构造及工作原理，电压比、电流比与匝数的关系，远距离输电原理。要掌握电压与匝数成正比恒成立，电流与匝数成反比即只对一个副线圈成立，对多个副线圈不成立，代之由输出功率等于输入功率求得……。远距离输电要解决是如何减少输电损耗，可采用两种途径：一是减小电阻，即增大截面积，此方法减少损耗

2、是有限的，且多用金属材料；二是采用高压输电，因为功率定时，U越大，I越小，据P损=I2R可知线路损耗越小。要会画出远距离输电线路图，对变压器及远距离输电要紧紧抓住能传递和守恒这一基本关系。二、学海导航学法指要本节理论、原理明晰（一）变压器1．理想变压器构造及工作原理①理想变压器忽略漏磁，忽略原、副线圈内阻，忽略能量损失的变压器。②基本构造铁芯和原、副线圈线成。③工作原理依靠交变电流产生的变化磁通，把原、副线圈紧密联系实现电能的传递，即具体说：原线圈通入交流电，线圈中产生交变磁通量，此交变磁通量通过副线圈，穿过副线圈磁通量发生变化，副线圈产生感应电动势。④作用改变交变电

3、流的电压（电流）2．理想变压器的基本关系式①功率关系由理想变压器概念知P入=P出。②电压关系。图5-31推导：如图5-31所示原线圈（n1）加上交变电压U1，原线圈产生感应电动势ε1穿过副线圈（n2）磁通量发生变化产生电动势ε2。由法接第第四磁感应定律：对原线圈有对副线圈有由理想变压器概念知：综合有：此关系对多个副线圈多个亦成立。③电流关系：a.副线圈只有一个：，由P入=P出知，即b.副线圈有多个：+……由P入=P出得：+……将匝数跟电压成正比=……代入上式，得：……说明：a.变压器不能改变交流电的频率（周期）；b．不能变换直流电压；c.细线圈为高压绕组，粗细圈为低压

4、绕组；d．求解变压器电路时，要特别明确各物理量的变化是由什么原因引起的，如输入功率和电流都是由负载决定。（一）远距离输电1．远距离输电原理远距离输电要解决的关键问题是减少导线上电能损耗，据P损=I2R线知，具体方法有：采用电阻率低的材料加大导线的横截面积①减小输电导线的电阻——②减小输电电流——据P=IU知，输送功率P一定时，提高输电电压）。前一种方示十分有限，且耗材大，一般采用后一种方法即高压输电。1．输电线路图图5-322．几个常用关系式（见如图5-32）若升压变压器输出功率为P，输出电压为U，降压变压器得到功率为P'，电压为U'，则：输电电流…………①输电线损耗

5、功率……②由可推得……③由③知，输电电压增大到原来的n倍，输电导线上损耗功率减少到原来的。求解远距离输电的有关问题，常会涉及到较多的物理量，应特别注意各物理量的对应关系。本单元难点解释理想变压器的动态分析：理想变压器的动态分析问题是个难点，此类问题，大致有两种情况：一是负载电阻不变，原、副线圈的电压U1、U2，电流I1、I2，输入和输出功率P1、P2随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上述各量随负载电阻变化而变化的情况。不论哪种情况，都要注意：①根据题意分清变和不变量；②要弄清“谁决定于谁”的制约关系，对理想变压器，一般情况下，认为原线圈的输入电压U1是不变

6、的，与匝数和负载电阻都无关；副线圈两端电压，即U2决定于U1和匝数比，相当于输出回路中电池的电动势，与负载无关；流过副线圈的电流I2=U2/R（R为负载总电阻），即I2决定于U2和R；对有一个副线圈线组接有负载且有电流流过的情况，变压器的输出功率P2=U2I2，在不计变压器损失能量时，输入功率P1=U1I1=P2=U2I2，导出了，所以I1决定于I2和匝数比；③因此，动态分析的思路程序是U1→U2→I2→I1。课外阅读直流输电人类历史上最早的输电线路输送的是直流。美国爱迪生电灯公司在美国发展了一整套为白炽灯供电的直流电发电、配电系统，先用120伏，后改用240伏供电。

7、1885年提高到6千伏。此后在输电技术上发生了巨大变化。一方面，制造高电压大功率的直流发电机很困难，又不能直接给直流电升压，而远距离输电需要高电压；另一方面，19世纪80年代末发明了三相交流发电机、变压器，特别是发明了结构简单、运行可靠、价格便宜的异步（感应）电动机。由于交流电压输电比低电压直流输电电能损失小得多，美国小乔治•威斯汀豪斯和威斯汀豪斯公司积极推广使用交流电，短时间内输电技术从直流输电转为发展交流输电。但是，随着交流输电技术的不断完善和发展的同时，交流输电又遇到了几乎不可逾越的障碍。第一，导线不但有电阻，还有电感。较细的导线，电阻作用超过