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;一、理想变压器
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 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
如图11-2-1所示,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:E1=n1 ,E2=n2;忽略原、副线圈内阻,有U1=E1,U2=E2
另外,考虑到铁芯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ΔΦ1=ΔΦ2
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”),于是有P1=P2 而P1=I1U1 P2=I2U2;由此可见:
(1)电压跟匝数的关系:
(2)功率关系:P输入=P输出
(3)电流关系: .
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:U1I1=U2I2, ; (2)变压器的输入功率由输出功率决
定,往往用到:P1=U1I1 ,
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.式中的R表示负载电阻的阻值,而不是“负载”.“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率.实际上,负载越小,R越大;负载越大,R越小.这一点在审题时要特别注意.;二、远距离高压输电中的功率、电压和电流关系
在电能远距离传输中,为了减小输电过程中的能量损失,通常采用高压输电,将电源电压用升压变压器提高,到了用户又要用降压变压器降压,输电电路如图11-2-2所示.;分析此类问题的过程中,先必须明确三个回路:
(1)电源回路(升压变压器原线圈电压U1,升压变压器原线圈电流I1,升压变压器原线圈功率P1);(2)输送回路(升压变压器副线圈电压U2,降压变压器原线圈电压U3,输电线损失电压ΔU,升压变压器副线圈电流I2,降压变压器原线圈电流I3,升压变压器副线圈功率P2,降压变压器原线圈功率P3,输电线损失功率ΔP)
(3)用户回路(降压变压器副线圈电压U4,降压变压器副线圈电流I4,降压变压器副线圈功率P4);其次要掌握以下几个关系:
(1)功率关系(为了研究的方便,我们常把变压器视为理想变压器处理)
P1=P2,P2=P3+ΔP , P3=P4
(2)电压关系
,U2=U3+ΔU, ; (3)电流关系
,I2=I3,
(4)输电导线电压损失ΔU= . = .
(5)输电导线上损耗的电功率
ΔP= = = .
= = .; 变压器基本原理
一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶5.原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u如图11-2-3所示.副线圈仅接入一个10Ω的电阻.;则( )
A.流过电阻的电流是20A
B.与电阻并联的电压表的示数是100 V
C.经过1分钟电阻发出的热量是6×103J
D.变压器的输入功率是1×103W
; 原线圈中电压的有效值是220V,由变压比知副线圈中电压为100V,流过电阻的电流是10A;与电阻并联的电压表的示数是100V;经过1分钟电阻发出的热量是6×104J.故选D.;变式训练1:如图11-2-4,理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u=U0sinωt的交流电源,副线圈接一个R=27.5Ω的负载电阻.若U0=220 V,ω=100πrad/s,;则下述结论正确的是( )
A.副线圈中电压表的读数为55 V
B.副线圈中输出交流电的周期为 s
C.原线圈中电流表的读数为0.5A
D.原线圈中的输入功率为110 W
答案:C; 变压器的负载变化引起其他物理量的变化
用电高峰期,电灯往往会变暗,其原理可简化为如下物理问题.如图11-2-5所示,理想变压器的副线圈上,通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R,原线圈输入有效值恒定的交流电压,当开关S闭合时,;以下说法正确的是( )
A.原线圈中电流减小
B.R两端的电压增大
C.副线圈输出电压减小
D.原线圈输入功率减小; 因输出电压与负载无关,由原副线圈的匝数比和
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