鲁科版选修32 第4章 第3节　电能的远距离传输 学案.doc

第3节电能的远距离传输学 习 目 标知 识 脉 络1.了解从变电站到用户的输电过程.2.理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点(重点)3.知道高压输电原理，区别导线上的输电电压u和损失电压u.(难点)4.了解高压交流和高压直流输电的优缺点及两种系统的区别和联系.自 主 预 习探 新 知知识梳理一、为什么采用高压输电1电功率损失由于电流的热效应会引起电功率的损失，且满足p损i2r线，可以通过减小输电线的电阻或减小输送电流来减小电功率的损失2电压损失3高压输电减小电阻要增粗导线，增粗导线又带来两个不利，其一，耗费更多的金属材料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压损失只有采用小电流输电才会避免上述问题，在保证输送功率不变的情况下，减小电流必须靠升高电压来实现二、高压交流输电和高压直流输电1高压交流输电(1)基本环节升压变压器降压变压器(2)电路原理图：(如图431所示)图4312高压直流输电(1)主要构造整流站、直流线路和逆变站三部分(2)原理图：(如图432所示)图432(3)高压直流输电的优点高压直流输电的过程是在高压交流输电的基础上完善而成的，它的主要优点有：节省材料，架设方便不存在容抗和感抗引起的损耗易于建设输电网，不需要考虑各发电机的同步问题基础自测思考判断1输电线上的电压损失可用uir计算，r为输电线的电阻()2输电电压越高越好()3家庭用电常用铜导线，是为了减小输电导线的电阻，从而减小电能损失()4在远距离输电线上的功率损失与输电线上电压损失的平方成正比()5由pui知，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，同时输电电流一定减小()6高压直流输电系统有两次换流过程()合作探究1在电能的输送过程中，u为输电电压，r为输电线电阻，则输电线中电流为i，对不对？为什么？【提示】不对u为输电电压，而不是在输电导线上的电压，即uir，而输电电流可通过pui求得2在直流输电系统中，换流站内换流器的作用是什么？【提示】换流器的作用是实现交流电与直流电的转换，是直流输电系统内的重要环节合 作 探 究攻 重 难为什么采用高压输电1输电线上的功率损失(1)输电过程中功率损失的原因输电导线有电阻，因此当电能通过输电线送向远方，电流流过输电线时，因输电线有电阻而发热，电能必有一部分转化为内能而损失掉(2)计算输电导线上功率损失的方法设输电导线的总电阻为r，输电电流为i，则损失功率为p损i2r.设输送的总电功率为p，输电电压为u，输电线的总长度为l，横截面积为s，电阻率为，则输电电流i，输电线电阻r，所以输电线上的功率损失可表示为p损()2.(3)减小输电线上的功率损失的方法根据公式p损i2r可知，减小输电线路上功率损失的方法有两种：减小电阻据r判断：减小输电线的长度l，由于输电距离一定，所以在实际中不可能通过减小l来减小r；减小电阻率，目前，一般用电阻率较小的铜或铝作为输电线材料；增大导线的横截面积s，这要多耗费金属材料，增大成本，同时给输电线的架设带来很大的困难减小输电导线的电流i据i判断：减小输送功率，在实际中不能通过用户少用或不用电来达到减少损耗的目的；提高输电电压u，在输送电功率p一定，输电线电阻一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，据p损()2r可知，输电线上的功率损耗将降为原来的.2输电线上的电压损失(1)在输电线上存在电压损失的原因输电导线有电阻，电流通过输电线时，会在线路上产生电势降落，致使输电线路末端的电压比起始端电压要低，这就是输电线上的电压损失(2)计算输电线上的电压损失的方法如图433所示，u为发电厂的输出电压，p为发电厂的输出功率，u为用电设备两端的电压，p为用电设备的输入功率，则输电线上损失的电压为uuu，且uir.图433(3)减少输电线路上的电压损失的方法据uir可知，减小输电线路上电压损失的方法主要有两种：(1)减小输电线路的电阻；(2)减小输电电流i，即提高输电电压已投产运行的1 000 kv特高压输电项目，是目前世界上输电电压最高的输电工程假设甲、乙两地原来用500 kv的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1 000 kv特高压输电，不考虑其他因素的影响则()a输电电流变为原来的2倍b输电线上损失的电压将变为原来的2倍c输电线上损失的电功率将变为原来的d输电线上损失的电压将变为原来的思路点拨：当输电电压变化时，输电线上的电流也发生变化，输电线上损失的电功率发生变化，计算出输电线上的电流，就能计算出输电线上损失的电功率d设输电线的电阻为r，当输电线上的电流为i0时，损失的电功率为p0ir.当输电电压提高为1000 kv时，由i可知输电线上的电流变为，输电线上损失的电压为原来的，输电线上损失的电功率为p损2r.故选项d正确计算输电线上功率损耗的方法(1)pi2r，i为输电线上的电流，r为线路电阻(2)p，u线为输电线路上损失的电压，r为线路电阻(3)pu线i，u线为输电线上损失的电压，i为线路上的电流针对训练1(多选)如图434为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述正确的是()【导学号：11452095】图434a增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失b高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗c在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小d高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好abd根据输电原理，电路中的功率损耗pi2r线而r线，增大输电线的横截面积，输电线的电阻会减小，则能减小输电线上的功率损失，a对；由pui可知，p一定的情况下，输送电压u越大，i越小，p越小，b对；若输电电压一定，输送功率越大，则电流i越大，p越大，c错；输电电压并不一定越高越好，因为电压越高，对于安全和技术的要求越高，d对2某小型实验水电站输出功率是20 kw，输电线路总电阻是6 .(1)若采用380 v电压输电，求输电线路损耗的功率和用户得到的电压；(2)若改用5 000 v高压输电，用户端利用n1n2221的变压器降压，求用户得到的电压【解析】(1)输电线上的电流为：i a52.63 a输电线路损耗的功率为：p损i2r52.6326 w16 620 w16.62 kw用户得到的电压为：u1uir(38052.636)v64.22 v.(2)改用高压输电后，输电线上的电流变为：i a4 a用户端在变压器降压前获得的电压u1uir(5 00046) v4 976 v根据用户得到的电压为u2u14 976 v226.18 v.【答案】(1)16.62 kw64.22 v(2)226.18 v高压交流输电和高压直流输电1.高压交流输电线路(1)结构示意图(图435)图435(2)基本关系电压关系：，电流关系：，功率关系：p1p2，p3p4损失电压：uri2ri3r损失功率：priru/r(3)重要关联关系(4)高压交流输电技术的困难输送大功率电能，导线横截面积较大，电感的作用(感抗)超过电阻；电缆长度越长，电容器的旁路作用越强，甚至使交流无法输送；电流并网要求各台发电机交流相位相同，频率相同2高压直流输电(1)高压直流输电系统原理(图436)图436(2)高压直流输电的优越性输送相同功率的电能时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3；直流输电比同容量交流输电简单，占地面积小；稳定的直流输电不存在感抗和容抗引起的能量损耗；用直流输电不需要考虑电网中各台交流发电机的同步运行问题某电厂要将电能输送给较远的用户，输送的总功率为9.8104 w，电厂输出的电压仅为350 v，为减少输送功率的损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电线路的总电阻为4 ，损失的功率为输送功率的5%.求用户所需电压为220 v时，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？思路点拨：依题意可画出远距离输电的电路如图所示，导线上损耗的功率p损i2r，所以可求出输电导线中的电流根据理想变压器的规律和能量守恒定律，可算出升压变压器的输出电压和降压变压器的输入电压，进而可得匝数比【解析】电路中损失的功率p损5%p总ir故输电线路中的电流为i2 a35 a升压变压器的输出电压为u2 v2 800 v所以升压变压器原、副线圈的匝数比为降压变压器的输入功率为p3p总p损p总5%p总95%p总0.959.8104w9.31104w所以降压变压器原线圈两端的电压为u3 v2 600 v故降压变压器原、副线圈的匝数比为.【答案】1813311处理远距离输电问题的方法处理远距离输电问题的方法，关键是抓住一图三线，一图即输电的线路图，三线即三个关系：功率关系、电压关系和电流关系，抓住一图三线，按照从前到后或从后向前的顺序分析，即可找到突破口针对训练3如图437所示是远距离输电示意图，若发电机的输出电压不变，则下列叙述正确的是()【导学号：11452096】图437a升压变压器原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关b输电线路中的电流只由升压变压器的匝数比决定c当用户消耗的总功率增大时，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c因输入功率等于输出功率，而发电机输出的电压不变，所以选项a、b错误；当用户消耗的总功率增大时，输电线中的电流增大，根据pi2r，输电线上损耗的功率增大，选项c正确；因为输电线上也有电压降，所以升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，选项d错误4如图438所示，学校有一台应急备用发电机，内阻为r1 ，升压变压器匝数比为n1n214，降压变压器的匝数比为n3n441，输电线总电阻为r线4 ，全校有22间教室，每间教室安装“220 v40 w”的电灯6盏，要求所有的电灯都正常发光，求：图438(1)输电线上损耗的电功率p损为多大？(2)发电机的电动势e为多大？【解析】(1)所有电灯正常发光时消耗的功率为p灯40226 w5 280 wp4由于电灯正常发光时降压变压器副线圈两端电压u4220 v所以降压变压器原线圈两端电压u3u4220 v880 v两变压器之间输电线上的电流为i线 a6 a输电线上损失的功率p损ir线624 w144 w.(2)输电线上损失的电压u损i线r线64 v24 v升压变压器副线圈两端电压u2u3u损(88024)v904 v升压变压器原线圈两端电压u1u2904 v226 v升压变压器原线圈中的电流i1i线6 a24 a发电机内阻上的电压：uri1r24 v发电机的电动势eu1ur226 v24 v250 v.【答案】(1)144 w(2)250 v当 堂 达 标固 双 基1交流输电线路中导致功率损失的主要原因()a一定是输电导线具有电阻b一定是输电导线具有容抗c一定是输电导线具有感抗d以上说法均不正确a电能的主要损耗是电热，由pi2r可知a选项正确2远距离输电，输电功率一定，当输电电压为u0时，输电线上的电流为i0，损失的电功率为p0.则当输电电压提高为2u0时()【导学号：11452097】a由i得，输电线上的电流变为2i0b由i得，输电线上的电流变为c由p得，输电线上损失的电功率为4p0d由piu得，输电线上损失的电功率为2p0b设输电线的电阻为r，当输电线上的电流为i0时，损失的电功率为p0ir.当输电电压提高为2u0时，由i可知输电线上的电流变为，输电线上损失的电功率为p损2r，故选项b正确3(多选)高压直流输电与高压交流输电相比()a高压直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗b高压直流输电所需的设备比高压交流输电所需的设备经济c高压直流输电技术简单d高压直流输电主要用于联系非同步运行的交流系统ad稳定的直流输电不存在感抗和容抗引起的损耗，a正确；高压直流输电技术的要求高，所需的换流设备制造难，价格高，b、c错误高压直流输电主要用于联系非