3.4 电能的输送
一、单选题
1.如图所示,某小型水电站发电机的输出功率,发电机输出的电压,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻,在用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率,假设两个变压器均为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流
B.输电线上的电流
C.降压变压器的匝数比
D.用户得到的电流
2.图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin ωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )
A. B.
C. D.
3.如图所示为某小型发电站高压输电示意图。升压变压器原、副,线圈两端的电压分别为U1和U2,降压变压器原副线圈两端的电压分别为U3和U4。在输电线路的起始端接入两个互感器,两个互感器原、副线圈的匝数比分别为10:1和1:10,各互感器和电表均为理想的,则下列说法正确的是( )
A.若电压表的示数为220V,电流表的示数为10A,线路输送电功率为110kW
B.若保持发电机输送功率一定,仅将滑片Q下移,输电线损耗功率增加
C.若保持发电机输出电压U1一定,仅将滑片Q下移,输电线损耗电压减少
D.若发电机输出电压U1一定,若用户数增加,为维持用户电压U4一定,可将滑片P上移
4.某发电厂用2.2kV的电压将电能输送到远处的用户,后改用22kV的电压,仍然用该输电线路输送同样的电功率。则前后两种输电方式消耗在输电线上电功率之比为( )
A.1:1 B.10:1 C.100:1 D.1000:1
5.如图所示为远距离输电原理图,变压器T1、T2为理想变压器,T1原副线圈的匝数比为1:10,T2原、副线圈的匝数比为10:1,发电机的输出功率为P,输出电压为U,用电器R0两端的电压为0.98U,则输电线的电阻R为( )
A. B. C. D.
6.远距离输电线路的示意图如图所示。若发电机的输出电压不变,升压变压器和降压变压器都是理想的,输电导线有一定的电阻,则下列判断错误的是( )
A.升压变压器的输出电压总是大于降压变压器的输入电压
B.升压变压器的输出功率总是大于降压变压器的输入功率
C.随着用户用电功率增加,升压变压器原线圈中的电流变小
D.随着用户用电功率增加,降压变压器原线圈两端的电压变小
7.如图所示,一个小型水电站,其交流发电机的输出电压U1一定,通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电,输电线的总电阻为R,T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1,它的输出电压和输出功率分别为U2和P2;T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3,它的输出电压和输出功率分别为U4和P4,下列说法正确的是( )
A.当用户的用电器增多时,U2减小,U4减小
B.当用户的用电器增多时,P1增大,P3减小
C.输电线上损失的功率为ΔP=
D.要减小线路的损耗,应增大升压变压器的匝数比,同时应增大降压变压器的匝数比
8.高压输电过程中,输电电压为U,输电功率为P,输电导线上电阻为R,则下列说法中错误的是( )
A.损失功率为
B.损失功率为
C.电压损失为
D.用户得到的功率为
9.远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器的原、副线圈的匝数分别为、。在的原线圈两端接入一电压的交流电源,已知升压变压器的原线圈输入的总电功率为,输电线的总电阻为,不考虑其他因素的影响,则用户消耗的电功率为( )
A. B.
C. D.
二、多选题
10.如图所示,左侧变压器原、副线圈的匝数之比为2:5,输入电压有效值为10V的正弦交变电流。连接两理想变压器的输电线的总电阻为10Ω,右侧变压器原、副线圈的匝数之比为2:1,输电线上损失的功率为10W。下列说法正确的是( )
A.负载电阻的阻值为3.75Ω B.负载电阻的阻值为7.5Ω
C.负载电阻的电功率为15W D.负载电阻的电功率为25W
11.如图为某小型水电站的电能输送示意图,发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知输电线的总电阻R=10 Ω,降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1,副线圈与用电器R0组成闭合电路。若T1、T2均为理想变压器,T2的副线圈两端电压u=220sin(100πt)V。当用电器电阻R0=11 Ω时,下列说法正确的是( )
A.通过用电器R0的电流有效值是20 A
B.当用电器R0的阻值减小时,输电线损耗的功率也随着减小
C.发电机中的电流变化频率为100 Hz
D.升压变压器的输入功率为4650 W
12.远距离输电线路简化如图所示,电厂输送电功率不变,变压器均为理想变压器,图中标示了电压和电流,其中输电线总电阻为R,则( )
A.
B.输电线损失的电功率为
C.提高输送电压U2,则输电线电流I2减小
D.电厂输送电功率为U2I2
三、填空题
13.某水电站给远处山村送电的输出功率是,用电压输送,线路上损失功率为,如果改用高压输电,线路上损失的电压是______V,损失的功率是______W。
14.远距离输电中,当输送的电功率为P,输送电压为U时,输电线上损失的电功率为△P,若输送的电功率增加为2P,而输电线中损失的电功率减为,输电线电阻不变,那么输电压应增为_________。
15.某发电站,发电机的输出功率为5×105kW,采用500 kV的高压输电,输电线上的总电阻为20Ω,则输电线上的电流为___________A,输电线上损失的电压为___________V,输电线上损失的电功率为___________kW。
四、解答题
16.某发电站向远处输电的示意图如图所示,其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路。
(1)结合闭合电路的知识,分别分析三个回路中各物理量之间的关系(发电机内阻、n1、n2、n3、n4线圈的电阻均忽略不计).
(2)若两个变压器均为理想变压器,则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系?
17.水力发电具有防洪、防旱、减少污染等多个优点,现已成为我国的重要能源之一、某条河的流量为,水流下落高度为5m。现在利用该河流兴建水电站来发电。设所用发电机的总效率为50%。
(1)求发电机的输出功率。
(2)设发电机输出电压为350V,输电线的电阻为,允许损耗的功率为5%,则当用户所需电压为220V时,所用升压变压器和降压变压器匝数之比为多少?()
18.如图所示,用一小型交流发电机向远处用户供电,已知发电机线圈abcd匝数N=100匝,面积,线圈匀速转动的角速度,匀强磁场的磁感应强度,输电时先用升压变压器将电压升高,到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用,输电导线的总电阻为R=10Ω,变压器都是理想变压器,降压变压器原、副线圈的匝数比为,若用户区标有“220V,8.8kW”的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻r不可忽略。
求:
(1)输电线路上损耗的电功率;
(2)若升压变压器原、副线圈匝数比为,交流发电机线圈电阻r上的热功率与输电线上损耗的电功率之比。
试卷第6页,共6页
试卷第5页,共6页
参考答案
1.C
【详解】
A.发电机输出的电流
A错误;
B.输电线上的电流
B错误;
CD.在用户端,有
根据变压器的规律有
解得
,
C正确,D错误。
故选C。
2.C
【详解】
加在原线圈上的电压为
根据电压比与匝数比关系有
所以有
输电线上的电流为
输电线上损失的功率为
联立解得
故选C。
3.D
【详解】
A.由题意,根据理想变压器变压和变流规律可得
解得
U2=2200V,I2=100A
所以线路输送的电功率为
P=U2I2=2200×100W=220kW
故A错误;
B.输电线损耗的功率为
若保持P不变,输电电压U2增大,则ΔP减小,故B错误;
C.根据闭合电路欧姆定律有
U3=U2﹣I2r
根据理想变压器变压和变流规律有
设用户端总电阻为R,则有
联立解得
若保持发电机输出电压U1和用户数一定,仅将滑片Q下移,则输电电压U2增大,R不变,所以输电电流I2增大,而输电线损耗电压为
ΔU=I2r
所以ΔU 增大,故C错误;
D.若保持发电机输出电压U1和Q的位置一定,使用户数增加,即U2不变,R减小,则I2增大,U3减小,为了维持用户电压U4一定,需要增大,可将滑片P上移,故D正确。
故选D。
4.C
【详解】
设输送功率为P,输送电压为U,输电线的电阻为r,则线损
U1=2.2kV=2200V
U2=22kV=22000V
则
===
故选C。
5.B
【详解】
根据变流比可知,的输入电流为
输出电流为
的输出电流仍为I,则电阻R上消耗的功率为
解得
故选B。
6.C
【详解】
AB.因在输电导线上有电压损耗和能量损耗,则升压变压器的输出电压总是大于降压变压器的输入电压,升压变压器的输出功率总是大于降压变压器的输入功率,故AB正确;
CD.若用户功率增加,则输入功率增加,由 及知增加,增加,则降压变压器初级线圈两端的电压变小。故C错误,D正确。
本题选择错误的,故选C。
7.D
【详解】
AB.交流发电机的输出电压U1一定,匝数不变,根据
知U2不变;当用户的用电器增多时,用户消耗的电功率变大,则输入功率增大,即P1、P3变大,故副线圈的输出功率增大,根据
可知输电线上的电流增大,则输电线上损失的电压
增大;所以原线圈上的电压
变小,根据
可知U4变小,AB错误;
C.输电线上损失的功率
ΔP=
C错误;
D.输送功率一定时,根据
P=UI,P损=I2R
知,要减小线路的损耗,应增大输送电压,又U1一定,根据
知,应增大升压变压器的匝数比;根据
U3=U2-I2R
U2增大,I2减小,所以U3增大,用户电压U4不变,根据
知,应增大降压变压器的匝数比,D正确。
故选D。
8.A
【详解】
ABC.输电线上的电流为
损失功率为
损失电压为
U不是损失电压,故损失功率不能表示为,A错误,符合题意,BC正确,不符合题意;
D.由能量守恒可得,用户得到的功率为
D正确,不符合题意。
故选A。
9.A
【详解】
升压变压器原线圈输入电压的最大值为,有效值为
根据变压器的变压比
可知副线圈电压为
输电电流
输电线上损失的电功率为
用户消耗的电功率为
联立解得
故选A。
10.AC
【详解】
设左侧变压器线圈上的电压为,且
电流为,副线圈上的电压为,电流为,右侧变压器原线圈上的电压为,电流为,且
副线圈上的电压为,电流为,由题意可知,损耗的功率为
代入数据,解得
故
有
代入数据,解得
故负载电阻功率为
又
而
则
故
BD错误,AC正确。
故选AC。
11.AD
【详解】
A.由题意可知T2副线圈两端电压的有效值为
根据欧姆定律可得通过用电器R0的电流有效值为
故A正确;
B.当用电器R0的阻值减小时,T2副线圈电压不变,则电流增大,所以输电线路电流增大,损耗的功率将增大,故B错误;
C.变压器不改变交变电流的频率,所以发电机中的电流变化频率为
故C错误;
D.降压变压器的输出功率为
P1=UI =4400W
根据理想变压器原、副线圈电流规律可知输电线中的电流为
输电线上损失的功率为
ΔP=I′2R=250W
升压变压器的输入功率为
P=P1+ΔP=4650W
故D正确。
故选AD。
12.CD
【详解】
A.由于输电线总电阻为R,输电线上有电压降,U线<U2.根据欧姆定律得:
故A错误;
B.输电线上有功率损失
故B错误;
C.根据
P=UI
知在功率不变的情况下,增大U2,I2减小,故C正确;
D.理想变压器不改变电功率
U2I2=U1I1
故电厂输送电功率为U2I2,故D正确。
故选CD。
13.50 250
【详解】
根据P=IU导线上的功率损失
解得
R=10Ω
如果改用高压输电,线路上损失的电压是
损失的功率是
14.4U
【详解】
由P=UI得,则输电线上损失的功率
得输电电压
若输送的电功率增加为2P,而输电线中损失的电功率减为,输电线电阻不变,那么输电压应增为4U。
15.1000(1×103) 20000(2×104) 2×104
【详解】
由
得出
由
得出
由
得出
16.(1)见解析;(2)见解析
【详解】
(1)第一个回路:P1=U1I1
第二个回路:U2=ΔU+U3,P2=ΔP+P3=IR线+P3,I2=I3
第三个回路:P4=U4I4
(2)=、=、P1=P2;=、=、P3=P4.
17.(1)9.8×104W;(2)1:8,12:1
【详解】
(1)发电机组的输出功率为
P=ρghQη
代入数据得
P=103×9.8×5×4×50%W=9.8×104W
(2)设送电电压为U2,送电电流为I,则
P=U2I
许可损耗的功率为
5%P=I2R
联立解得
U2=2800V,
而发电机输出电压为
U1=350V
由于升压变压器匝数比
联立解得
n1:n2=1:8
降压变压器输入电压为
U′=U2﹣U损=2800V﹣35×4V=2660V
所以降压变压器匝数比为
n3:n4=U′:U用户=2660V:220V≈12:1
18.(1)160W;(2)4∶1
【详解】
(1)设降压变压器原、副线圈的电流分别为、,电动机恰能正常工作,有
所以输电线路上损耗的电功率
计算可得
,,
(2)电动势的最大值
可得
,,,
升压变压器的原线圈输入功率
电机线圈内阻上消耗的热功率
得
,,
所以
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