何春森

(寧夏銀川市第二中學(xué) 750001)

一、遠(yuǎn)距離輸電原理

1.畫(huà)出遠(yuǎn)距離送電的示意圖(如圖1所示).

2.在圖上標(biāo)出升壓變壓器和降壓變壓器兩端的物理符號(hào)明確和物理量之間有什么關(guān)系，分別代表什么含義.

圖1

電壓關(guān)系：U1/U2=n1/n2U3=U2-ΔU

U3/U4=n3/n4

功率關(guān)系：P1=P2=PP′=P-ΔPP3=P4=P′

電流關(guān)系：I1/I2=n2/n1I2=I3I3/I4=n4/n3(電流從功率入手)

損失電壓：ΔU=I2R=(P/U2)R

(P1=P2=P稱為輸送功率U2稱輸送電壓I2稱輸送電流)

注意：(1)P與ΔP不同、U與ΔU不同

輸送功率P=U2I2

損失功率ΔP=ΔUI2=ΔU2/R=I22R

(2)由ΔP=I2R=(P/U2)2R可知，要減少輸電線上損失的熱功率有兩種方法

A．減小R(R=ρL/S)：L一定，減小ρ增大S，目前采用電阻率較小的銅和鋁，但要增大橫截面積就要多耗費(fèi)金屬材料，使造價(jià)太高，導(dǎo)線太重.

B．減小電流：由公式可知損失的功率與輸送電壓的平方成反比，當(dāng)輸送的總功率不變時(shí)，輸送的電壓越高，損失的熱功率就越小，因此這就是遠(yuǎn)距離輸電為什么要采用高壓輸電.

(3)但輸送電壓也不是越高越好，電壓越高，對(duì)線路的絕緣性要求就越高，修建電路的費(fèi)用越高，變壓器的性能要求越高.

二、原理應(yīng)用

例1一小型發(fā)電機(jī)輸出功率為50KW，輸出電壓為240V，現(xiàn)用一臺(tái)升壓變壓器使其升壓，至用戶處再用一臺(tái)降壓變壓器降到所需要的220V.輸電線總電阻為30Ω，損失電功率為總功率的6%，變壓器是理想的.(1)求這兩臺(tái)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，并畫(huà)出送電電路簡(jiǎn)圖.(2)能使多少盞“220V，100W”的燈泡正常發(fā)光？

解(1)由ΔP=I22R=(P/U2)2R可知

P·6%=I22·R即I2=10AU2=5000V

對(duì)于升壓變壓器：n1/n2=U1/U2=240/5000=6/125

U3=U2-ΔU=U2-I2·R=5000-10·30=4700V

對(duì)于降壓變壓器：

n3/n4=U3/U4=4700/220=235/11

(2)根據(jù)I3/I4=n4/n3求出I4=2350/11A.而每盞燈泡正常發(fā)光的電流I0=P0/U0=5/11A

所以n=I4/I0=470盞

注意：發(fā)電機(jī)的輸出電壓就是變壓器的輸入電壓；升壓變壓器的輸出電壓就是輸電線上的輸送電壓；很多學(xué)生搞不清楚.

例2發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V，輸出功率為44KW，每條輸電線電阻為0.2Ω，用戶得到的電壓和電功率各是多少？如果發(fā)電站先用變壓比為1∶10的升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)同樣輸電線路后，再經(jīng)過(guò)10∶1的降壓變壓器降壓后供給用戶，則用戶得到的電壓和電功率又各是多少？(設(shè)變壓器都是理想變壓器)

解①第一次沒(méi)有變壓器(兩條輸電線電阻共R=0.4Ω)

I=P/U=200AP′=P-ΔP=P-I2·R=28KW

U′=U-ΔU=U-I·R=140V

②第二次使用了變壓器

U1/U2=n1/n2U2=2200VI2=P/U2=20A

P′=P-ΔP=P-I22·R=43.84KW

U3=U2-ΔU=U2-I2·R=2192 V

再由U3/U4=n3/n4得U4=219.2V

例3圖2是一包含理想變壓器的電路連接圖，圖3是在原線圈兩端所加的電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系.已知原副線圈的匝數(shù)比為10∶1，電流表A2的示數(shù)為2A，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，求：

圖2 圖3

(1)變壓器的輸入功率和電壓表的示數(shù)

(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，定性分析電路中3只電表的示數(shù)變化情況.

由U1/U2=n1/n2

可得U2=20VP入=P出=U2I2=20·2=40W

②因?yàn)槔硐胱儔浩鞑挥?jì)線圈電阻，所以原副線圈兩端電壓與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)，即U2不變.

由于負(fù)載增多，負(fù)載的總電阻減小，電流I2增大(或者從功率P2=U22/R可知I2增大)，再由P入=P出可知I1增大

注：①在用“變壓比”或“變流比”公式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，式中的電壓或電流要用有效值.②此題可看出輸出功率決定輸入功率，次級(jí)電流決定初級(jí)電流.③對(duì)理想變壓器而言若輸出功率為零(即次級(jí)電流為零)則輸入功率也為零(即初級(jí)電流為零)這時(shí)稱為變壓器空載.