1、,第五章交变电流,5电能的输送,学科素养与目标要求,物理观念：,1.理解输电线上电能损失的影响因素. 2.了解远距离高压输电的原理.,科学思维：,1.体会降低输电损耗的两个途径，能分析计算高压输电的损耗情况. 2.能分析远距离输电的基本过程，会对基本的远距离输电线路进行定量计算. 3.体会远距离输电的基本要求和电网供电的优点，并能据此设计基本的供电框架图.,NEIRONGSUOYIN,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,1.输送电能的基本要求 (1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障. (2)保质：保证电能的质量 和
2、 稳定. (3)经济：输电线路建造和运行的费用 ，电能损耗 . 2.输电线上的功率损失：P ，I为输电电流，r为输电线的电阻. 3.降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率 的金属材料，还要尽可能 导线的横截面积. (2)减小输电线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要 输电电压.,一、降低输电损耗的两个途径,电压,频率,低,少,I2r,小,增加,提高,1.远距离输电的基本原理：在发电站内用 变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过 变压器降到所需的电压. 2.电网：通过网状的输电线、 ，将许多电厂和
3、广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电 . 3.电网输电的优点 (1)降低一次能源的运输成本，获得最大的 . (2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的 . (3)合理调度电力，使 的供应更加可靠，质量更高.,二、电网供电,升压,降压,变电站,网络,经济效益,质量,电力,即学即用,1.判断下列说法的正误. (1)输电线上电功率的损失，与输电线的电阻成正比，与输电线电流的平方成正比.() (2)由P 可知，输电电压越小，输电线上电功率的损失就越小.() (3)使用变压器进行远距离输电，用户得到的电压可以高于发电机输出的电压. () (4)远距离输电时，若升压变压器匝数比为1
4、n，降压变压器匝数比为n1，则升压变压器的输入电压和降压变压器的输出电压相等.(),2.输电线的总电阻为R，输送电功率为P.现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的功率之比为_.,U22U12,重点探究,一、降低输电损耗的两个途径,如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r(在图中把导线电阻集中画为r).那么： (1)用户两端的电压是多大？,导学探究,答案UUUU .,(2)用户得到的电能与发电厂输出的电能相等吗？,答案不相等，由能量守恒知，发电厂输出的电能等于用户得到的电能与输电线上损失的电能之和.,(3)输电线上功率损失的原因
5、是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？,答案由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因. 功率损失表达式：PI2r ，所以降低功率损耗的两个途径为： 减小输电线的电阻r； 减小输电电流I，即提高输送电压U.,知识深化,如图1所示： 图1,2.输电线上的功率损失 (1)PI2r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻.,3.减少电压损失和功率损失的方法,例1三峡电站某机组输出的电功率为50万千瓦. (1)若输出的电压为20万伏，则输电线上的电流为多少？,答案2 500 A,(2)在(1)情况下，某处与电站间每根输电
6、线的电阻为10欧，则输电线上损失的功率为多少？它与输出功率的比值是多少？,解析输电线上损失的功率PI22r2 5002210 W1.25108 W,(3)若将输出电压升高至50万伏，输电线上的电流为多少？输电线上损失的功率又为多少？它与输出功率的比值是多少？,输电线上损失的功率PI22r1 0002210 W2107 W,例2(多选)发电厂发电机的输出电压为U1，发电厂至学校的输电线总电阻为R线，通过输电线的电流为I，学校输入电压为U2，下列计算输电线功率损耗的式子中，正确的是,二、远距离高压输电电路中的各种关系,某发电站向远处送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
7、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).,导学探究,答案第一个回路：P1U1I1 第二个回路：U2UU3，P2PP3I线2RP3 第三个回路：P4U4I4,(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？,知识深化,解决远距离输电问题时，需要画输电的电路图，理清三个回路，抓住两个联系，掌握一个定律. 1.画图、理清三个回路(如图2所示) 图2 回路1：P1U1I1 回路2：U2UU3，P2PP3I22R线P3，I2I3 回路3：P4U4I4,2.抓住两个联系 (1)理
8、想升压变压器联系回路1和回路2,(2)理想降压变压器联系回路2和回路3,3.掌握一个定律 根据能量守恒定律得P2PP3.,例3发电机两端的电压为220 V，输出功率44 kW，输电导线的总电阻为0.2 ，如果用原、副线圈匝数比为110的升压变压器升压，经输电线后，再用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户. (1)画出全过程的线路示意图；,答案见解析图,解析线路示意图如图所示.,(2)求用户得到的电压和功率；,答案219.6 V4.392104 W,P损I22R线2020.2 W80 W， U损I2R线200.2 V4 V. 所以降压变压器原线圈的输入电压和电流分别为 U3U2U损2
9、 200 V4 V2 196 V， I3I220 A.,降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为,用户得到的功率为 P4U4I4219.6200 W4.392104 W.,(3)若不经过变压而直接送给用户，求用户得到的电压和功率.,答案180 V3.6104 W,解析若直接给用户供电， 线路示意图如图所示，,输电线路上的电压损失UIR线2000.2 V40 V. 所以用户得到的电压U2U1U220 V40 V180 V. 用户得到的功率为PU2I180200 W3.6104 W.,针对训练(多选)(2018惠州市东江高级中学高二下学期月考)如图3所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V
10、，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器).对整个送电过程，下列说法正确的是 A.输电线上的损失功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1100 C.降压变压器的输入电压为4 970 V D.降压变压器的匝数比为1001,图3,解析输电线上损失功率为P损P0.6%50 kW0.6%300 W，A项正确；,输电线上损失的电压为U损I2R103 V30 V，降压变压器输入电压为U35 000 V30 V4 970 V，C项正确.,达标
11、检测,1.(输电线上功率损失的计算)(2017南京市学情调研卷)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证，它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的沿海地区.为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量，需要采用高压输电，在保持输送功率及输电线路电阻不变的情况下，将输送电压提高到原来的10倍，则输电线路中电阻损耗的能量将减少到原来的,1,2,3,4,5,2.(输电线上功率损失的计算)(2018江苏单科)采用220 kV高压向远方的城市输电.当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的 ，输电电压应变为 A.55 kVB.110 kVC.440 kVD.880 kV,1,2,
12、3,4,5,3.(远距离高压输电的分析与计算)(多选)如图4为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的总电阻r、理想变压器匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户用电器的总功率增大时 图4 A.U1U2U4U3 B.用户的电压U4增加 C.输电线上的损失功率增大 D.输电线上损耗的功率占总输送功率的比例增大,1,2,3,4,5,用户用电器总功率增大时，输送功率变大，输电线上的电流增大，根据P损I2r知，输电线上损耗的功率增大，根据UIr知，输电线上的电压损失变大；发电机的输出电压U1不变，则升压变压器的输出电压U2不变，降压变压器的输入电压U3变小，用户的电压U4减小，故B错误，C正确.
13、,1,2,3,4,5,4.(远距离输电损耗的计算)(2018孝感高二期中)在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失.有一个小型发电站，发电机输出的电功率为P500 kW，当使用U5 kV的电压输电时，测得安装在输电线起点和终点处的两只电能表一昼夜示数相差4 800 kWh. (1)求输电线上的电流I、输电线的总电阻r和输电线上损失的电压U损.,答案100 A20 2 000 V,由输电线上损失的功率P损I2r 得输电线的总电阻r20 输电线上损失的电压U损Ir2 000 V,1,2,3,4,5,(2)若想把损失功率控制为输送功率的1.6%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外
14、输电？输电线上损失的电压是多少？,答案25 kV400 V,解析由题意知损失功率P损P1.6%8 kW 由P损I2r 得输电线上的电流I20 A,输电线上损失的电压U损Ir400 V.,1,2,3,4,5,5.(远距离高压输电的分析与计算)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为500 kW，路端电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为15，两变压器间输电线的总电阻为1.5 ，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器能量损耗，求： (1)升压变压器副线圈两端的电压；,答案2 500 V,解析输电线路原理图如图所示,1,2,3,4,5,(2)输电导线上的功率损失及用户得到的功率；,答案60 kW440 kW,输电导线上的功率损失P损I22r线60 kW 用户得到的功率P用P1P损440 kW,(3)降压变压器原、副线圈的匝数比.,答案101,解析输电导线上的电压UI2r线300 V 降压变压器原线圈两端的电压U3U2U2 200 V,1,2,3,4,5,
