电能的输送(精品课件-内有习题例题)

高中物理选修3-2第二章5.电能的输送物理组马合沙提其他形式的能量发电站把各种热能核能风能水流能太阳能化学能比如：转化为电能再输送给学校工厂普通用户思考与讨论电能在从发电站传输给用户的过程中要考虑什么问题？要注意什么？发电的地方：为了合理的利用能源和保护环境,发电站要建在靠近这些能源的地方（一般离城市较远）.用电的地方却很多，有的地方离发电站很远,因此需要把电能输送到远方,这就涉及电能的输送问题．远距离电站站址用户(负载)远距离能源丰富有利开发能源缺乏用电量大输送电能的基本要求：可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。经济：是指输电线路建造，运行的费用低，损耗小，电价要低。一、电能的输送可靠保质经济远距离大功率输送电面临的问题是什么？电流流过输电导线时，由于电流的热效应，必然有一部分电能转化成热能而损失掉。怎样计算输电线路损失的功率？如何降低输电损耗？UP设输电电流为I，输电线的电阻为r，则功率损失为:ΔP=I2r二、降低输电损耗的两个途径减少输电线路上的发热损失的功率减少输电线路上的发热损失的电压UP1.为什么输电线上有电能损失?由于输电线长，电阻大，当电流通过输电线时，产生热量Q，损失一部分电能，同时损失一部分电压.一、输电线上的功率损失(1)减小导线电阻2.如何减少电能损失?RIP2损(2)减小输电线中的电流根据以上公式可知减少功率损失两种方法：SLrr=UPI=SLRr由电阻定律知(1)减小导线电阻①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小,但价格昂贵,目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.②减小输电线的长度L不可行,因为要保证输电距离.3可适当增大横截面积.太粗不可能,既不经济又架设困难.总结：不采用这个方法：减小导线电阻。(2)减小输电线中的电流1.如何减小输电线路中的电流呢?U输出IP在输出功率一定的条件下要想减小电流必须要提高电压U总结：降低输电损耗的两个途径之一：减少输电线路上的发热损失的功率中两个方法中只有第二个方法：减小电流比较有效。而要减小电流必须要采用高压电。降低输电损耗的两个途径减少输电线路上的发热损失的功率减少输电线路上的发热损失的电压UP1.为什么输电线上有电压损失?由于输电线有电阻，当电流通过输电线时，输电线上有一部分电压损耗.二、输电线上的电压损失(1)减小导线电阻2.如何减少电压损失?电线损IRU(2)减小输电线中的电流根据以上公式可知减少电压损失的两种方法：SLrr=UPI=欧姆定律方法与途径一：减小功率损失是一样，最后结论：要采用高压电。是不是输电电压越高越好?电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。还有对电线绝缘的要求就越高，不经济。我国常用的远距离输电采用的电压有110kV、220kV、330kV，输电干线采用500kV的超高压，西北电网达到750kV。降低输电损耗的两个途径减少损失的功率减少损失的电压都需要采用高压输电。所以要综合考虑各种因素。从公式分析哪种途径对于降低输电线路的损耗更有效？由可知，在输电电流一定的情况下，线路电阻减为原来的一半，线路损耗的功率减为原来的一半。rIP2在线路电阻一定的情况下，电压提高一倍，由可知：线路中电流减为原来的一半，而损耗的功率减为原来的四分之一。PIU采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经济的措施．2()PPrU拓展知识计算用户得到的功率P?在保证用户的电功率的前提下,怎样才能减小输电电流?输送输送输送IUP损输送用户PPP-拓展知识练习：输送10kw的电功率，采用400V的电压输电，输电线的总电阻为10Ω，求(1)输电线中的电流?输电线中损失的电压?用户得到的电压?(1)25A250V150V(2)6250W3750W(2)输电线损失的功率?用户得到的功率?(3)如果采用4000V电压输电，输电线损失的功率?用户得到的功率?(3)62.5W9937.5W提高输电电压,是减少电能损失的最有效的办法交流高压输电的基本环节发电站升压变压器高压输电线降压变压器用户升压变压器三、远距离高压输电过程示意图U1U2U3U4发电机升压变压器高压输电线路降压变压器用电器交流高压输电基本环节示意图二、远距离输电原理图功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=P损失+P3升压变压器降压变压器U1U4U2U3用户I2线rI1I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4~△U发电站在高压输电三个回路中，各部分的功率、电压和电流关系如何？探究与交流：电压关系：电流关系：2121nnUU4343nnUU23UUU输电回路中升压变压器降压变压器U1U4U2U3R用I2线rI1I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4~△U3线234431221,,IIIInnIInnIIr四、电网供电采用电网供电的优点：可以在能源产地使用大容量发电机组，降低一次能源的输送成本，获得最大的经济效益。同时，电网可以减少断电的风险，调剂不同地区电力供需平衡，保障供电质量。输送电路的计算步骤(1)画出供电示意图(2)以变压器铁心为界,分出各个回路,各回路可独立运用欧姆定律分析.(3)各回路间通过线圈匝数比与电压比和电流比的关系,总功率不变等联系.课后作业：教材P页的练习：第，第题1.发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线电阻为R,通过导线的电流为I,学校输入电压为U2,下列4个计算输电线损耗的功率式子中，不正确的是()A、B、C、D、21UR212()UUR-2IR12()IUU-课堂练习A2、一小型发电站通过升压,降压变压器把电能输给用户.已知发电机的输出功率是500kW,端电压为500V,升压变压器原、副线圈的匝数比为1:5,两变压器间输电线的总电阻为1.5Ω,降压变压器的输出电压为220V,不计变压器的损耗.求：(1)升压变压器的副线圈两端电压；(2)输电导线上的功率损失；(3)降压变压器原、副线圈的匝数比；(4)用户得到的功率。440kW2500V60kW10:1课堂练习3、某交流发电机输出功率为5×105W，输出电压为1.0×103V，假如输电线的总电阻10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压380V(1)画出输电线路的示意图(标明各部分的符号)14223UUUURIF用线rI1I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升压变压器降压变压器14223UUUURIF用线rI1I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升压变压器降压变压器(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?(使用的是理想变压器)1:1025:14、某交流发电机输出功率为5×105W，输出电压为1.0×103V，假如输电线的总电阻10Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，用户使用电压380V5、学校有一台应急备用发电机,内阻为r=1Ω,升压变压器匝数比为1:4,降压变压器的匝数比为4:1,输电线的总电阻为R=4Ω,全校22个教室,每个教室用“220V,40W”的灯6盏,要求所有灯都正常发光,则：(1)发电机的输出功率多大？(2)发电机的电动势多大？(3)输电线上损耗的电功率多大？练习6、在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失.有一个坑口电站,输送的电功率为P=500kW,当使用U=5kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度.求：(1)这时的输电效率η和输电线的总电阻r?(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么电站应使用多高的电压向外输电?7．在远距离输电过程中，为减少输电线路上的电能损失，可采用的最佳方法是（）A．使输电线粗一些。B．减短输电线长度。C．减少通电时间。D．采用高压输电。D课堂练习：8．远距离输送一定功率的交变电流，若输电电压提高到原来的n倍，则下列说法中正确的是（）A．输电线上的电流变为原来的n倍B．输电线上的电压损失变为原来的1/n2C．输电线上的电功率损失变为原来的1/nD．若输电线上的电功率损失不变，输电线路长度可变为原来的n2倍D课堂练习：9．下列关于减小远距离输电导线上热损耗的说法中，正确的是（）A．因为热功率，所以应降低输送电压，增大输电导线电阻，才能减小输电导线上的热损耗。B．因为热功率P=IU，所以应采用低电压、小电流输电，才能减小输电导线上的热损耗。C．因为热功率P=I2R，所以可采用减小输电线电阻或减小输送电流的方法来减小输电导线上的热损耗。D．以上说法均不正确。C课堂练习：RUP2习题10：发电站的电源通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户，如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器。(1)画出上述输电全过程的原理图；(2)发电机的输出功率是100kW，输出电压是250V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1:25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；(3)若输电导线中的电功率损失为输电功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；(4)计算降压变压器的输出功率。【答案】(1)见解析(2)6250V；16A(3)15.625Ω；6000V(4)96kW解析：（1）输电全过程的原理图如图：（2）对升压变压器，据公式U1/U2＝n1/n2有：U2＝n2U1/n1＝25×250V＝6250VP1=P2，I2=P2/U2=100000/6250A=16A。知：P1=100kWU1=250Vn1/n2＝1:25求：U2＝？I2=？（3）因为：P线=I22R线，又P线＝0.04P1所以：R线＝0.04P1/I22＝4000/162Ω=15.625Ω。因为ΔU＝U2-U3＝I2R线，所以：U3＝U2-I2R线＝6250V-16×15.625V＝6000V。（4）P4＝P1-P线＝0.96P1＝0.96×100000W＝96kW。习题12：某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压U1=1000伏，向远距离输电的输电线总电阻r=8欧。现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为220伏，请求出所用的变压器的原副线圈匝数比。U4=220VU1=103V8ΩU2U3解析：画出原理图：线路上损耗的功率为ΔP=5000W，∵ΔP=I22R∴电流为I2=25A，线路上的电压为ΔU=I2R=200VU2=P/I2=100000/25=4000V∴n1/n2=U1/U2=1/4U3=U2-ΔU=3800V又∵U4=220Vn3/n4=U3/U4=190/11