学教科版选修32 2.7 电能的输送 课件（5）（37张）.ppt

7 电能的输送 一 变压器的构造1 构造 2 示意图3 电路图中符号 二 变压器的工作原理 互感现象1 变压器只能改变交流电的电压和电流2 能量转化 电能 磁场能 电能3 理想变压器p入 p出 三 理想变压器的变压规律u1 u2 n1 n2 四 理想变压器的变流规律 i1 i2 n2 n1 复习 电路图中符号 1 电能输送的优点 2 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 电能通过输电线就可以输送到远方 相对于煤炭 石油等能源的输送需要大量的交通运载工具来说 方便和节约 是它突出的优点 保质 就是保证电能的质量 即电压和频率稳定 经济 是指输电线路建造和运行的费用低 电能损耗小 可靠 保质 经济 7 电能的输送 一 电能输送中的电压损失和电能损耗 问题 1 远距离输电过程中 在输电线上为什么会有电压损失 在输电线上为什么会有能量损耗 采用哪些措施可以减少输电线上的能量损耗 2 远距离输电过程中 输电线加在负载两端的电压与输电线两端的电压是否相等 哪些因素影响这两个电压的差值 1 如图所示 由于导线自身存在着电阻r 导致输电过程中存在着电压损失u损 u损 ir 2 电能损耗是电能输送中最受关注的问题 它与时间有关 w pt 在相同时间内电能损耗取决于功率损耗 u损 irp损 i2r 电压损失u损 功率损耗p损都和电线的电阻及电流有关 其中电能损耗受电流影响更为显著 如何减小电压损失u损 功率损耗p损 减少电压 功率损失 减小输电线的电阻 减小输电电流 1 如何减小输电线的电阻 1 减小材料的电阻率 2 减小输电线的长度l 3 增加导线的横截面积s 用银 金最好 一般用铝或铜 在输电电流一定的情况下 如果线路的电阻减为原来的一半 线路上损失的功率减为原来的几分之一 在线路电阻一定的情况下 如果输电电流减为原来的一半 线路上损失的功率减为原来的几分之一 通过计算 你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效 阅读p53第二段 2 如何减小输电线中的电流 因为p ui 在输送的电功率一定时 可通过升高电压来减小电流 i p u 在图中 将电压提高100倍 电流就减为原来的1 100 因p损 i2 所以功率减小为原来的1 10000 因此 远距离输电时 无论是减小电压损失还是减小电能损耗 都要求使用高压输电 二 远距离输电系统 功率关系 p1 p2 p3 p4 p2 pr p3 远距离输电原理图 造成电压损失的因素 思考 在输电过程中 电源输送的电压是否全部加在用户上 输电线电阻造成电压损失 高中阶段计算中只考虑输电线电阻造成的电压损失 u1 u2 u3 u4 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 电压关系 电流关系 阅读p53最后一段 例1 某交流发电机的输出电压为500v 输出的电功率为50kw 发电机到用户的输电线的电阻为3 求 1 输电导线中的电流是多少 2 输电导线中损失的电压和电功率各是多少 3 用户得到的电压和电功率各是多少 1 i0 p u0 50 103 500 100 a 2 u损 i0r 100 3 300 v p1 i02r 1002 3 30000 w 30kw 3 u1 u0 u损 500 300 200 v p1 p p损 50kw 30kw 20kw 或p1 u损i 200 100w 20kw 例1 某交流发电机的输出电压为500v 输出的电功率为50kw 发电机到用户的输电线的电阻为3 若要求输电线上的电功率损失是输送功率的0 6 则发电站要安装一个升压变压器 到达用户前再用降压变压器变为220v供用户使用 不考虑变压器的能量损失 这两个变压器原 副线圈匝数比各是多少 解 p损 p 0 6 50 103 0 6 w 300w p损 i2r 输电电流 输电线上损失的电压u ir 10 3v 30v 发电站升压后输电电压 升压变压器匝数比 到达用户输入变压器电压u2 u u 5000 30 v 4970v 故降压变压器的匝数比 例2 某交流发电机的输出电压为220v 输出的电功率为4400w 发电机到用户的输电线的电阻为4 求 如果有变压比为1 10的升压变压器升压后向用户输电 再用变压比为10 1的降压变压器降压 用户得到的实际电压和电功率又是多少 p1 4400 w u1 220 v u2 n2u1 n1 2200 v i2 p2 u2 p1 u2 4400 2200 2 a pr i22r 16 w u3 u2 ur 2200 i2r 2192 v p用 p1 pr 4400 16 4384 w u用 u4 n4u3 n3 219 2 v 三 直流输电 阅读p55 四 典型例题例3 在电能输送过程中 若输送的电功率一定 则在输电线上损耗的功率 随输电线电阻的增大而增大 b 和输送电压的平方成正比 c 和输送电线上电压降的平方成正比 d 和输电线上电流强度的平方成正比 e 和输送电压的平方成反比 ur ir pr i2r i2 pr p2r u2 1 u2 pr i2r p u 2r ur2 r pr ur2 r ur2 acde 例4 远距离输电线路如图所示 若发电机的输出电压不变 则下列叙述中正确的是 a 升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关b 输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定c 当用户用电器总电阻减小时 输电线上损失的功率增大d 升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 p1 p2 p3 p4 p2 pr p3 u1i1 i1 i2 p1 u2 p1n1 n2u1 i2 i3 n4i4 n3 c u2 ur u3 pr i22r i1 i2n2 n1 i2 例5 一台发电机端电压为5000v 输出功率104kw 向400km外的用户输电 输电线的电阻率 1 7 10 8 m 横截面积s 0 85cm2 输电导线上的电功率损失要求不超过输出功率的4 则在输电时 电压应升高到多少伏 所用的升压变压器的原 副线圈匝数比是多少 r线 2l s 1 7 10 8 8 105 0 85 10 4 160 u1 5000 v p1 107 w pr i22r 0 04p1 4 105 w i22 pr r 4 105 160 i2 2 102 4 50 a u2 p2 i2 p1 i2 107 50 2 105 v n1 n2 u1 u2 5 103 2 105 1 40 若用户电压为220v 则降压变压器的原 副线圈匝数比是多少 u3 u2 ur ur i2r 8000 v u3 u2 ur 200000 8000 192000 v n3 n4 u3 u4 192000 220 96 103 11 10 某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电 当发电厂输出的功率为p0时 额定电压为u的用电设备消耗的功率为p1 若发电厂电一台升压变压器t1先把电压升高 仍通过原来的输电线供电 到达用电设备所在地 再通过一台降压变压器t2把电压降到用电设备的额定电压 供用电设备使用 如图所示 这样改动后 当发电厂输出的功率仍为p0 用电设备可获得的功率增至p2 试求所用升压变压器t1的原线圈与副线圈的匝数比n1 n2以及降压变压器t2的原线圈与副线圈的匝数比n1 n2各为多少 1 不使用变压器 pr p0 p1 i2r p0 u1 2r 2 使用变压器 i4 i3 n1 n2 u1 u2 u1 u u1 u2 p r p0 p2 i22r p0 u2 2r p0 p1 p0 p2 i2r i32r i2 p1 i2r p2 i42r i2 p1 r p1i42 p2 6 有一条河流 河水流量为4m3 s 落差为5m 现利用它来发电 使用的发电机总效率为50 发电机输出电压为350v 输电线的电阻为4 允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5 而用户所需要电压为220v 求所用的升压 降压变压器上原 副线圈的匝数比 g 9 8m s2 线路上损耗的功率为pr 4900w pr i22r 电流为i2 35a 线路上的电压为ur i2r 140v u2 p2 i2 2800v n1 n2 u1 u2 350 2800 1 8 u3 u2 ur 2660v u4 220v n3 n4 u3 u4 2660 220 12 1 机械功率p mgh t 1000 4 9 8 5 1 96 105w 发电机的输出功率p1 0 5 p 9 8 104w 7 学校有一台应急备用发电机 内阻为r 1 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 4 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 发电机的输出功率多大 发电机的电动势多大 输电线上损耗的电功率多大 输电效率多大 4 若使用灯数减半并正常发光 则发电机的输出功率是否也减半 所有灯都正常工作的总功率为 p4 22 6 40 5280w 用电器总电流为 输电线上的电流 降压变压器上 u3 4u4 880v 输电线上的电压损失为 ur irr 24v 因此升压变压器的输出电压为u2 ur u3 904v 输入电压为u1 u2 4 226v 输入电流为i1 4i2 24a 所以发电机输出功率为p出 u1i1 5424w 发电机的电动势e u1 i1r 250v 输电线上损耗的电功率pr ir2r 144w 输电效率 p4 p1 5280 5424 97 3 4 p 4 22 3 40 2640w i 4 2640 220 12 i 2 i 4 4 3 a pr i r2r 144 4 36 w p1 p 4 p r 2640 36 2676 w p1 2 12 发电站发电机端电压u 5000sin314tv 输出功率5000kw 远距离输电线的电阻为80 输电线上功率损耗要求不超过总功率的4 则 1 所用升压变压器的原 副线圈匝数比多大 2 到达用户区使用匝数比为192 1的降压变压器 对负载电阻为10 的用电器供电 最多可接这样的用电器几个 1 u1 5000v pr i22r 0 04p1 2 105w p1 5 106w i2 50 a i1 p1 u1 103 n1 n2 i2 i1 50 1000 1 20 2 u2 n2u1 n1 105 u3 u2 ur 105 50 80 96 103 v i4 n3i3 n4 192 50 9600 a r用 u4 i4 500 9600 10 n n 192 u4 n4u3 n3 96000 192 500v 1 当远距离高压输送一定电功率时 输电线上损耗的功率与电路中的 a 输送电压的平方成正比b 输送电压的平方成反比c 输电线中电流的平方成正比d 导线中电流的平方成反比 bc pr i2r p u 2r ur2 r 五 课后作业 2 关于减小远距离输电线上的功率损耗 下列说法正确的是 a 由功率p u2 r 应降低输电电压 增大导线电阻b 由p iu 应低电压小电流输电c 由p i2r 应减小导线电阻或减小输电电流d 上述说法均不对 c 3 用电器电阻值为r距交变电源l 输电线电流为i 电阻率为 要求输电线上电压降不超过u 则输电线截面积最小值为 a l rb 2 li uc u lid 2ul i r 2l s u ir 2l s u i r 2l s s 2 li u b 4 发电厂输出功率为9900kw 输电线电阻为2 分别用18kv和110kv的高压输电 则导线上损失的功率分别为 pr i2r p2r u2 9900 18 2 2 605000 w 605000 w pr i2r p2r u2 9900 110 2 2 16200 w 16200 w 5 变压器接入某输电电路中 现以相同的输入电压u 不同的输出电压输送相同的电功率p 输电线电阻为r 当副线圈与原线圈匝数比为k时 输电线线路上损耗的功率为 当匝数比为nk时 线路上损耗的功率为原来的 倍 u2 n2u n1 ku pr i22r i2 i2 p u2 p ku pr i22r p2r k2u2 u 2 n 2u n 1 nku p2r k2u2 i 2 p u 2 p nku p r i 22r p2r n2k2u2 1 n2 6 有一条河流 河水流量为4m3 s 落差为5m 现利用它来发电 使用的发电机总效率为50 发电机输出电压为350v 输电线的电阻为4 允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5 而用户所需要电压为220v 求所用的升压 降压变压器上原 副线圈的匝数比 g 9 8m s2 线路上损耗的功率为pr 4900w pr i22r 电流为i2 35a 线路上的电压为ur i2r 140v u2 p2 i2 2800v n1 n2 u1 u2 350 2800 1 8 u3 u2 ur 2660v u4 220v n3 n4 u3 u4 2660 220 12 1 机械功率p mgh t 1000 4 9 8 5 1 96 105w 发电机的输出功率p1 0 5 p 9 8 104w 7 学校有一台应急备用发电机 内阻为r 1 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 4 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 发电机的输出功率多大 发电机的电动势多大 输电线上损耗的电功率多大 输电效率多大 4 若使用灯数减半并正常发光 则发电机的输出功率是否也减半 所有灯都正常工作的总功率为 p4 22 6 40 5280w 用电器总电流为 输电线上的电流 降压变压器上 u3 4u4 880v 输电线上的电压损失为 ur irr 24v 因此升压变压器的输出电压为u2 ur u3 904v 输入电压为u1 u2 4 226v 输入电流为i1 4i2 24a 所以发电机输出功率为p出 u1i1 5424w 发电机的电动势e u1 i1r 250v 输电线上损耗的电功率pr ir2r 144w 输电效率 p4 p1 5280 5424 97 3 4 p 4 22 3 40 2640w i 4 2640 220 12 i 2 i 4 4 3 a pr i r2r 144 4 36 w p1 p 4 p r 2640 36 2676 w p1 2 8 一电站向某地输送一定功率的电能 输电线上损失的功率为100kw 若把输送电压提高为原来的10倍 同时将输电线的直径减为原来的一半 则输电