Question

5．如圖所示，某村在距村莊較遠的地方修建了一座小型水電站，發(fā)電機輸出功率為9kW，輸出電壓為500V，輸電線的總電阻為10Ω．求：

（1）若不用變壓器而由發(fā)電機直接輸送，村民和村辦小企業(yè)得到的電壓和功率是多少？
（2）用如圖所示的電路輸電，允許線路損耗的功率為輸出功率的4%，若村民和村辦小企業(yè)需要220V電壓時，所用升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比各為多少？（不計變壓器的損耗）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)輸電電壓和輸送功率求出輸送的電流，根據(jù)電壓損失和功率損失求出用戶得出的電壓和功率．
（2）根據(jù)輸電線上損失的功率求出輸電線上的電流，從而得出升壓變壓器的輸出電壓，結合輸入電壓和輸出電壓得出升壓變壓器的原副線圈匝數(shù)之比．根據(jù)輸電線上的電壓損失得出降壓變壓器的輸入的電壓，結合降壓變壓器的輸入電壓和輸出電壓得出原副線圈的匝數(shù)之比．

解答 解：（1）若不用變壓器而由發(fā)電機直接輸送（模型如圖所示），有：
P_輸出=UI_線′
解得：${I}_{線}′=\frac{{P}_{輸出}}{U}=\frac{9000}{500}A=18A$
所以線路損耗的功率為：
P_線=I_線′²R_線=18²×10 W=3 240 W
用戶得到的電壓為：
U_用戶=U-I_線′R_線=（500-18×10）V=320 V
用戶得到的功率
P_用戶=P_輸出-P_線=（9 000-3 240）W=5760 W．
（2）建立如圖所示的遠距離輸電模型，要求變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，先要知道原、副線圈兩端的電壓之比．本題可以線路上損耗的功率為突破口，先求出輸電線上的電流I_線，再根據(jù)輸出功率求出U₂，然后再求出U₃．
由線路損耗的功率P_線=I_線²R_線可得：
${I}_{線}=\sqrt{\frac{{P}_{線}}{{R}_{線}}}=\sqrt{\frac{9000×4%}{10}}A=6A$
又因為P_輸出=U₂I_線，所以有：
${U}_{2}=\frac{{P}_{輸出}}{{I}_{線}}=\frac{9000}{6}V=1500V$
U₃=U₂-I_線R_線=（1 500-6×10）V=1 440 V
根據(jù)理想變壓器規(guī)律有：
$\frac{{n}_{1}}{{n}_{2}}=\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{500}{1500}=\frac{1}{3}$.$\frac{{n}_{3}}{{n}_{4}}=\frac{{U}_{3}}{{U}_{4}}=\frac{1440}{220}=\frac{72}{11}$
所以升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比分別是1：3和72：11．
答：（1）村民和村辦小企業(yè)得到的電壓為320V，功率為5760W．
（2）升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比各為1：3和72：11．

點評 解決本題的關鍵知道輸送功率、輸送電壓、電流的關系，以及知道變壓器原副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓和電壓損失之和．