第三章 交变电流（知识清单）物理人教版选择性必修第二册

该高中物理第三章“交变电流”知识清单系统梳理了交变电流的产生、描述、变压器及电能输送等核心内容，涵盖交变电流的概念规律、变压器原理、远距离输电技术三大知识范畴，为学生搭建了从基础概念到规律应用的递进式学习支架。 清单通过“概念-规律-应用”三级分类呈现知识体系，突出重难点标注与实验关联，如“中性面特点”结合发光二极管实验现象解析，培养科学探究能力。推导正弦式电流公式时关联电磁感应定律，强化科学思维，“变压器动态分析”模块提供具体解题思路，帮助学生高效掌握知识，教师可据此设计分层教学，提升课堂效率。

第三章 交变电流（知识清单） 第一节 交变电流 一、交变电流 1.直流： 不随时间变化的电流称为直流。 2.恒定电流： 都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 3.交变电流： 随时间做 变化的电流叫作交变电流，简称交流。 4.波形图：在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。 5.几种交变电流的波形图： 6.说明： ①交变电流最主要的特点是 ； ②仅大小随时间周期性变化的电流不是交变电流。 7.观察交变电流的方向 实验：如图，把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。 现象：摇动发电机的速度较慢时，可观察到两个发光二极管交替闪亮。这说明教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，是一种交变电流。 二、交变电流的产生 1.产生条件：交流发电机的线圈在磁场中绕 转动。 2.产生过程： 3.两个特殊位置： ①中性面：线圈平面与磁感线 时的位置，如上图甲、丙线圈所处的位置。 特点：线圈处于中性面时 ，但磁通量的变化率为零，AB、CD边的速度方向与磁感线平行， ，感应电流为零。且线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。 ②垂直中性面的位置：线圈平面与磁感线 时的位置，如上图乙、丁线圈所处的位置。 特点：线圈位于此位置时磁通量为 ，但磁通量的变化率 ，AB、CD边的速度方向与磁感线垂直，即垂直切割磁感线，此时感应电动势 ，感应电流最大，线圈经过此位置时电流方向 改变。 三、交变电流的变化规律 1.正弦式交变电流：按 变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。 2.正弦式交变电流的变化规律 设t=0时线圈刚好转到中性面位置，线圈旋转的角速度为ω，AB和CD边的长度为l，AD和BC边的长度为d，则经过时间t，线圈转过的角度为ωt，AB边线速度方向跟磁感线方向的夹角为θ=ωt。 AB边转动的线速度大小为：= 根据法拉第电磁感应定律，线框上产生的感应电动势为：= 其中S表示线框的面积。 若线圈匝数为N，则：= 设Em=NωBS，可知线框的电动势是随时间按正弦规律变化的，为：= 负载两端的电压：= 流过负载的电流：= 式中Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流的最大值，也叫 。 说明：若从垂直中性面的位置开始计时，正弦式交变电流的变化规律为 电动势：= 电压：= 电流：= 四、交流发电机 1.原理： 2.构造 ①电枢：产生感应电动势的线圈。 ②磁体：用来产生磁场。 3.分类 ①旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 ②旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动。 4.说明 ①不论哪种发电机，转动的部分都叫 ，不动的部分都叫 。 ②旋转电枢式发电机产生的感应电动势不能很高，输出电压一般不超过500V；旋转磁极式发电机能够产生几千伏到几万伏的电压。大多数发电机是旋转磁极式的。 5.能量转换 发电机的转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将 转化为 ，输送给外电路。 第二节 交变电流的描述 一、周期和频率 1.周期 概念：交变电流完成一次 变化所需的时间，叫作它的周期。 符号：T 单位：秒，符号为s 物理意义：描述交变电流变化的快慢。周期越大，交变电流变化越慢。 说明：在一个周期内，电流的方向变化两次。 2.频率 概念：交变电流完成 与所用时间之比叫作它的频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。 符号：f 单位：赫兹，符号为Hz 物理意义：描述交变电流变化的快慢。频率越大，交变电流变化越 。 3.角速度、周期和频率的关系 ①频率和周期的关系 频率和周期互为倒数关系，即 或 ②角速度与周期、频率、转速的关系 决定正弦式交变电流周期和频率大小的因素是 ，有时也用 来描述。 当转速的单位为r/s时，在数值上有= 所以角速度与周期、频率、转速的关系为= 二、峰值和有效值 1.峰值 概念：交变电流在一个周期内能达到的 叫作峰值，能描述交变电流的变化范围。 物理意义：表示电流的强弱或电压的高低。 举例：若匝数为N、内阻为r、面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁感应强度为B的匀强磁场的转轴在磁场中匀速转动，则产生的正弦式交变电流的峰值可表示为= 将其接入总阻值为R的纯电阻电路中，电路中的电流及外电阻两端的电压的峰值可表示为 = 说明：电容器的耐压值（所能承受的最大电压）要高于交流电压的峰值，否则电容器可能被击穿。 2.有效值 概念：让交变电流与恒定电流分别通过 的电阻，如果在交变电流的 内它们产生的 相等，而这个恒定电流的电流与电压分别为为I、U，我们就把I、U叫作这一交变电流的有效值。 举例：将下图所示的电流通过一个R为1Ω的电阻，计算可得在1s内产生的热量为2.8J，相当于一个电流为1.67A的恒定电流通过这个电阻时，在1s内产生的热量，因此，图中所示的交变电流的有效值为1.67A。 说明：①确定交变电流有效值的依据是 ，要求电流在相同时间内流经相同电阻产生相同的热量。 ②在正弦式交变电流中，有效值I、U与峰值Im、Um之间有如下关系： ③对非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义求解。先计算交变电流在 内产生的热量Q，再代入相应的表达式中求得有效值I或U。 ④通常说家庭电路的电压是220V，是指 ；使用交流的电气设备上标出的额定电压和额定电流都是 ，一般交流电压表测量的数值也是 ；保险丝的熔断电流是 ；无特别说明时提到的交变电流的数值都指有效值。 ⑤对交变电流瞬时值、最大值、有效值、平均值的理解及应用 三、正弦式交变电流的公式和图像 公式和图像可以详细描述交变电流的情况。 对正弦式交变电流，若从线圈通过中性面开始计时，且已知交变电流的周期和电压的有效值或峰值，则交变电流的公式为： 其中Um为变化过程中的最大值，U为该交变电流电压的有效值，T为周期。 交变电流的图像为： 第三节 变压器 一、变压器的原理 1.构造 如图所示，变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。 ①原线圈：与 连接的线圈，也叫初级线圈。其两端电压称为变压器的 。 ②副线圈：与 连接的线圈，也叫次级线圈。其两端电压称为变压器的 。 2.符号 3.原理 互感现象是变压器的工作基础。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生 。所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能输出电流。 4.作用 改变交变电流的电压。 5.注意 ①变压器只对 起作用，对 不起作用。 ②变压器不改变交变电流的 和 。 ③变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 二、电压与匝数的关系 1.实际变压器能量损失的三种形式 ①“铜损”：绕制线圈的铜导线有电阻，电流通过时发热而损耗能量； ②“铁损”：铁芯中由于电磁感应产生涡流，使铁芯发热而损耗能量； ③“磁损”：交变电流产生的磁场有一部分在铁芯外形成电磁波而损失能量。 2.理想变压器 定义：没有 的变压器叫作理想变压器 特点： ①变压器线圈的电阻忽略不计； ②闭合铁芯中的涡流忽略不计； ③交变电流产生的磁场完全束缚在铁芯内。 说明：理想变压器是一种理想化模型，是指原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失都忽略不计的变压器。 3.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 A.实验探究 实验思路：交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压，可通过改变输入电压及原、副线圈匝数探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 B.理论分析 对理想变压器，交变电流产生的磁场完全束缚在铁芯内，所以原、副线圈中每一匝线圈中磁通量的变化率都 ，则根据法拉第电磁感应定律，可知原、副线圈中感应电动势分别为 可得 实验和理论分析都表明，理想变压器原、副线圈的电压之比，等于 。 4.理想变压器的基本关系式（只有一个副线圈时） 电压关系： 功率关系： 电流关系： （有一个副线圈时）(有多个副线圈) 说明：变压器的输出功率与输入功率之比叫作变压器的 。实际上变压器的效率都比较高，所以在精度要求不太高的情况下均可应用上式来计算。 5.变压器的分类 ①降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器。 ②升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器。 6.变压器的能量转化 变压器能输送电能是利用了 。原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈上产生了 ，磁场的能量转化为了电场的能量。 第四节 电能的输送 一、输送电能的基本要求 1.可靠：保证供电线路可靠地工作，故障少。 2.保质：保证电能的质量——电压和频率稳定。 3.经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。 二、降低输电损耗的两个途径 1.输电线上的电功率损失和电压损失 ①损失原因：远距离输电时，输电线电阻不可忽略，故输电线上有电压，同时电流的 引起电功率的损失。 ②电压损失：指输电线两端的电压，，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻。 ③电功率损失：指输电线消耗的热功率，，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻。 2.降低输电损耗的两个途径 由可知，有两个途径可减少输电损耗。 一是 。 由电阻定律可得，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，例如铜、铝来制造输电线。此外，还要尽可能增加导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，且输电线太粗、太重会给铺设线路带来困难。 二是 。 由ΔP＝I2r可知，在输电电流一定的情况下，如果将线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率也减为原来的一半；而在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率则减为原来的四分之一。所以减小输电电流对于降低线路的损耗更有效。 比较可知，前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。 三、远距离高压输电 1.远距离高压输电原理 根据公式P＝UI可知，在用户的用电功率一定的前提下，要减小输送电流就必须提高 。 但输电电压也不是越高越好。因为电压越高，对输电线路绝缘性能地要求就越高，线路修建费用就会增多，对变压器的要求也相应提高，所以在实际输送电能时，要综合考虑各种因素，依照不同情况选择合适的输电电压。 2.输电原理图 一般在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，再在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。其输电原理图如下： 图中三个回路（发电机回路、输送电路、用户回路）间有以下关系式： 输电线上的电流： 输电线上的电压损失： 输电线上的功率损失： 四、电网供电 如图为输电过程示意图。 通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络，这就是电网。采用电网供电，是输电技术的重要发展，有以下好处： ①可以在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益； ②可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡； ③可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，是电力地供应更加可靠，质量更高。 一、变压器的动态分析问题 解决变压器的动态变化问题，要牢固掌握变压器的两个“制约关系”，即输入电压决定输出电压，输出功率决定输入功率。 1.匝数比不变的情况 不变，负载R变化 (1) 不变，根据可知，不论负载电阻R如何变化，都不变 (2) 当负载电阻发生变化时，变化； (3) 根据知发生变化，根据可以判断的变化，根据且不变，可以判断的变化。 2．负载电阻不变的情况改变，负载R不变 (1) 不变，改变，根据可知，发生变化； (2) R不变，改变，则发生变化； (3) 根据知发生变化，根据，可以判断的变化，根据且不变，可以判断的变化。 二、高压输电中两类问题的分析 1．输送功率恒定：当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电导线上损耗的功率就减少到原来的在输送功率相同的情况下，提高输电电压，降低输电电流能有效降低在传输过程中的功率损失，电压越大功率损失越小。故为了降低传输过程中的功率损失，可采用特高压输电。 2．输电电压恒定：画出输电的电路图，如图所示，在远距离输电过程中，若发电厂输入升压变压器的电压恒定，高压输电线的电阻不变，升压变压器和降压变压器都是理想变压器。 （1）变压器线圈匝数不变、用户负载变化问题分析思路 （2）等效电阻思路 很多变压器问题中，可以将变压器和负载等效为一个电阻，按照直流电路进行分析，比如图（a）中，设用户电阻为R，将降压变压器和用户等效为电阻R'，如图（b）所示，经论证，利用这种思路处理一些变压器动态变化类问题，简单高效。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三章 交变电流（知识清单） 第一节 交变电流 一、交变电流 1.直流：方向不随时间变化的电流称为直流。 2.恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 3.交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 4.波形图：在显示屏上显示的电压（或电流）随时间变化的图像，在电工技术和电子技术中常常叫作波形图。 5.几种交变电流的波形图： 6.说明： ①交变电流最主要的特点是方向随时间周期性变化； ②仅大小随时间周期性变化的电流不是交变电流。 7.观察交变电流的方向 实验：如图，把两个发光颜色不同的发光二极管并联，注意使两者正、负极的方向不同，然后连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。观察发光二极管的发光情况。 现象：摇动发电机的速度较慢时，可观察到两个发光二极管交替闪亮。这说明教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，是一种交变电流。 二、交变电流的产生 1.产生条件：交流发电机的线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动。 2.产生过程： 3.两个特殊位置： ①中性面：线圈平面与磁感线垂直时的位置，如上图甲、丙线圈所处的位置。 特点：线圈处于中性面时磁通量最大，但磁通量的变化率为零，AB、CD边的速度方向与磁感线平行，感应电动势为零，感应电流为零。且线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次。 ②垂直中性面的位置：线圈平面与磁感线平行时的位置，如上图乙、丁线圈所处的位置。 特点：线圈位于此位置时磁通量为零，但磁通量的变化率最大，AB、CD边的速度方向与磁感线垂直，即垂直切割磁感线，此时感应电动势最大，感应电流最大，线圈经过此位置时电流方向不发生改变。 三、交变电流的变化规律 1.正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。 2.正弦式交变电流的变化规律 设t=0时线圈刚好转到中性面位置，线圈旋转的角速度为ω，AB和CD边的长度为l，AD和BC边的长度为d，则经过时间t，线圈转过的角度为ωt，AB边线速度方向跟磁感线方向的夹角为θ=ωt。 AB边转动的线速度大小为： 根据法拉第电磁感应定律，线框上产生的感应电动势为： 其中S表示线框的面积。 若线圈匝数为N，则： 设Em=NωBS，可知线框的电动势是随时间按正弦规律变化的，为： 负载两端的电压： 流过负载的电流： 式中Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流的最大值，也叫峰值。 说明：若从垂直中性面的位置开始计时，正弦式交变电流的变化规律为 电动势： 电压： 电流： 四、交流发电机 1.原理：法拉第电磁感应定律 2.构造 ①电枢：产生感应电动势的线圈。 ②磁体：用来产生磁场。 3.分类 ①旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 ②旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动。 4.说明 ①不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。 ②旋转电枢式发电机产生的感应电动势不能很高，输出电压一般不超过500V；旋转磁极式发电机能够产生几千伏到几万伏的电压。大多数发电机是旋转磁极式的。 5.能量转换 发电机的转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。 第二节 交变电流的描述 一、周期和频率 1.周期 概念：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作它的周期。 符号：T 单位：秒，符号为s 物理意义：描述交变电流变化的快慢。周期越大，交变电流变化越慢。 说明：在一个周期内，电流的方向变化两次。 2.频率 概念：交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比叫作它的频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。 符号：f 单位：赫兹，符号为Hz 物理意义：描述交变电流变化的快慢。频率越大，交变电流变化越快。 3.角速度、周期和频率的关系 ①频率和周期的关系 频率和周期互为倒数关系，即 或 ②角速度与周期、频率、转速的关系 决定正弦式交变电流周期和频率大小的因素是发电机转子转动的角速度ω，有时也用转速n来描述。 当转速的单位为r/s时，在数值上有 所以角速度与周期、频率、转速的关系为 二、峰值和有效值 1.峰值 概念：交变电流在一个周期内能达到的最大值叫作峰值，能描述交变电流的变化范围。 物理意义：表示电流的强弱或电压的高低。 举例：若匝数为N、内阻为r、面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁感应强度为B的匀强磁场的转轴在磁场中匀速转动，则产生的正弦式交变电流的峰值可表示为 将其接入总阻值为R的纯电阻电路中，电路中的电流及外电阻两端的电压的峰值可表示为 说明：电容器的耐压值（所能承受的最大电压）要高于交流电压的峰值，否则电容器可能被击穿。 2.有效值 概念：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流的电流与电压分别为为I、U，我们就把I、U叫作这一交变电流的有效值。 举例：将下图所示的电流通过一个R为1Ω的电阻，计算可得在1s内产生的热量为2.8J，相当于一个电流为1.67A的恒定电流通过这个电阻时，在1s内产生的热量，因此，图中所示的交变电流的有效值为1.67A。 说明：①确定交变电流有效值的依据是电流的热效应，要求电流在相同时间内流经相同电阻产生相同的热量。 ②在正弦式交变电流中，有效值I、U与峰值Im、Um之间有如下关系： ③对非正弦式交变电流，必须根据有效值的定义求解。先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再代入相应的表达式中求得有效值I或U。 ④通常说家庭电路的电压是220V，是指有效值；使用交流的电气设备上标出的额定电压和额定电流都是有效值，一般交流电压表测量的数值也是有效值；保险丝的熔断电流是有效值；无特别说明时提到的交变电流的数值都指有效值。 ⑤对交变电流瞬时值、最大值、有效值、平均值的理解及应用 三、正弦式交变电流的公式和图像 公式和图像可以详细描述交变电流的情况。 对正弦式交变电流，若从线圈通过中性面开始计时，且已知交变电流的周期和电压的有效值或峰值，则交变电流的公式为： 其中Um为变化过程中的最大值，U为该交变电流电压的有效值，T为周期。 交变电流的图像为： 第三节 变压器 一、变压器的原理 1.构造 如图所示，变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成。 ①原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。其两端电压称为变压器的输入电压。 ②副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。其两端电压称为变压器的输出电压。 2.符号 3.原理 互感现象是变压器的工作基础。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向不断变化，在铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能输出电流。 4.作用 改变交变电流的电压。 5.注意 ①变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用。 ②变压器不改变交变电流的周期和频率。 ③变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。 二、电压与匝数的关系 1.实际变压器能量损失的三种形式 ①“铜损”：绕制线圈的铜导线有电阻，电流通过时发热而损耗能量； ②“铁损”：铁芯中由于电磁感应产生涡流，使铁芯发热而损耗能量； ③“磁损”：交变电流产生的磁场有一部分在铁芯外形成电磁波而损失能量。 2.理想变压器 定义：没有能量损耗的变压器叫作理想变压器 特点： ①变压器线圈的电阻忽略不计； ②闭合铁芯中的涡流忽略不计； ③交变电流产生的磁场完全束缚在铁芯内。 说明：理想变压器是一种理想化模型，是指原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失都忽略不计的变压器。 3.探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 A.实验探究 实验思路：交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压，可通过改变输入电压及原、副线圈匝数探究原、副线圈的电压与匝数的关系。 B.理论分析 对理想变压器，交变电流产生的磁场完全束缚在铁芯内，所以原、副线圈中每一匝线圈中磁通量的变化率都相同，则根据法拉第电磁感应定律，可知原、副线圈中感应电动势分别为 可得 实验和理论分析都表明，理想变压器原、副线圈的电压之比，等于原、副线圈的匝数之比。 4.理想变压器的基本关系式（只有一个副线圈时） 电压关系： 功率关系： 电流关系： （有一个副线圈时）(有多个副线圈) 说明：变压器的输出功率与输入功率之比叫作变压器的效率。实际上变压器的效率都比较高，所以在精度要求不太高的情况下均可应用上式来计算。 5.变压器的分类 ①降压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器。 ②升压变压器：副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器。 6.变压器的能量转化 变压器能输送电能是利用了电磁感应。原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，通过铁芯使这个变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈上产生了感应电流，磁场的能量转化为了电场的能量。 第四节 电能的输送 一、输送电能的基本要求 1.可靠：保证供电线路可靠地工作，故障少。 2.保质：保证电能的质量——电压和频率稳定。 3.经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。 二、降低输电损耗的两个途径 1.输电线上的电功率损失和电压损失 ①损失原因：远距离输电时，输电线电阻不可忽略，故输电线上有电压，同时电流的热效应引起电功率的损失。 ②电压损失：指输电线两端的电压，，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻。 ③电功率损失：指输电线消耗的热功率，，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻。 2.降低输电损耗的两个途径 由可知，有两个途径可减少输电损耗。 一是减小输电线的电阻。 由电阻定律可得，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，例如铜、铝来制造输电线。此外，还要尽可能增加导线的横截面积，但过粗的导线会耗费太多的金属材料，且输电线太粗、太重会给铺设线路带来困难。 二是减小输电导线中的电流。 由ΔP＝I2r可知，在输电电流一定的情况下，如果将线路的电阻减为原来的一半，线路上损失的功率也减为原来的一半；而在线路电阻一定的情况下，如果输电电流减为原来的一半，线路上损失的功率则减为原来的四分之一。所以减小输电电流对于降低线路的损耗更有效。 比较可知，前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。 三、远距离高压输电 1.远距离高压输电原理 根据公式P＝UI可知，在用户的用电功率一定的前提下，要减小输送电流就必须提高输电电压。 但输电电压也不是越高越好。因为电压越高，对输电线路绝缘性能地要求就越高，线路修建费用就会增多，对变压器的要求也相应提高，所以在实际输送电能时，要综合考虑各种因素，依照不同情况选择合适的输电电压。 2.输电原理图 一般在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，再在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。其输电原理图如下： 图中三个回路（发电机回路、输送电路、用户回路）间有以下关系式： 输电线上的电流： 输电线上的电压损失： 输电线上的功率损失： 四、电网供电 如图为输电过程示意图。 通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络，这就是电网。采用电网供电，是输电技术的重要发展，有以下好处： ①可以在一次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益； ②可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡； ③可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，是电力地供应更加可靠，质量更高。 一、变压器的动态分析问题 解决变压器的动态变化问题，要牢固掌握变压器的两个“制约关系”，即输入电压决定输出电压，输出功率决定输入功率。 1.匝数比不变的情况 不变，负载R变化 (1) 不变，根据可知，不论负载电阻R如何变化，都不变 (2) 当负载电阻发生变化时，变化； (3) 根据知发生变化，根据可以判断的变化，根据且不变，可以判断的变化。 2．负载电阻不变的情况 改变，负载R不变 (1) 不变，改变，根据可知，发生变化； (2) R不变，改变，则发生变化； (3) 根据知发生变化，根据，可以判断的变化，根据且不变，可以判断的变化。 二、高压输电中两类问题的分析 1．输送功率恒定：当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电导线上损耗的功率就减少到原来的在输送功率相同的情况下，提高输电电压，降低输电电流能有效降低在传输过程中的功率损失，电压越大功率损失越小。故为了降低传输过程中的功率损失，可采用特高压输电。 2．输电电压恒定：画出输电的电路图，如图所示，在远距离输电过程中，若发电厂输入升压变压器的电压恒定，高压输电线的电阻不变，升压变压器和降压变压器都是理想变压器。 （1）变压器线圈匝数不变、用户负载变化问题分析思路 （2）等效电阻思路 很多变压器问题中，可以将变压器和负载等效为一个电阻，按照直流电路进行分析，比如图（a）中，设用户电阻为R，将降压变压器和用户等效为电阻R'，如图（b）所示，经论证，利用这种思路处理一些变压器动态变化类问题，简单高效。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 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