高中物理 第4章 远距离输电 第3节 电能的远距离传输课件 鲁科版选修32.ppt

第3节电能的远距离传输 记学习目标 1 了解从变电站到用户的输电过程 知道远距离输电时应用高电压的道理 2 理解降低输电损耗的两个途径及其各自的优缺点 3 掌握远距离输电的典型电路 并能利用电路知识 变压器规律等解决有关问题 4 通过输电过程的分析 培养发现问题 解决问题的能力 学基础导学 2 减小输电线上功率损失的方法 减小输电线上的 即增大导线横截面积和用电阻率 较小的材料 这种方法在实际生产中效果有限 减小输电 在输出功率不变时 由p ui知 可提高 来减小i 一 为什么要采用高压输电 i2r 电阻 电流 电压 2 输电线路上的电压损失 1 输电线上的电压损失 输电线上电阻r两端电压 u 这样用户得到的电压u 即 u u u 是输电线中的电压损失 2 减小输电线上电压损失的方法 减小输电线上的 可用横截面积大的导线和 较小的材料 横截面积不能无限增大 电阻率小的材料价格昂贵 不适合远距离输电 减小输电 总之 在远距离输电时必须采用 电压 以减小输电电流 减小功率损失和电压损失 ir u u 电阻 电流 高 3 高压输电减小 就要增粗导线 增粗导线又带来两个不利 其一 耗费更多的金属材料 其二 会增加架设难度 只有采用小 输电才会避免上述问题 在保证输送功率不变的情况下 减小电流必须靠提升 来实现 电阻 电流 电压 1 输电线路的构成 输电线路主要有发电站 输电导线 用电器等组成 2 远距离输电 远距离输电要解决的关键问题 是减少输电导线上的损失 具体方法是 提高 减小 二 高压交流输电 升压变 压器 降压变压器 输电电压 输电电流 3 电路原理图 下图 4 交流输电技术难题 对于交流输电线路来说 造成电压与电功率损失的原因既有 又有 和 电阻 感抗 容抗 1 直流输电的优点 1 节约线材 2 不存在 和 引起的损耗 3 不需要考虑电网中各台交流发电机的 问题 2 直流输电的基本过程在发电站区域经变压器升压 由换流设备将 变成 用高压直流电进行远距离传输 在用户区域由 将直流电变为交流电 经变压器降压送给用户 三 高压直流输电 感抗 容抗 同步运行 交流电 直流电 换流设备 悟名师指点 1 输电线上的功率损失 1 原因 输电导线有电阻r线 电流流过输电线时 电流的热效应引起电功率的损失 一 输电线上的功率损失和电压损失的计算及损失的功率与输电电压的关系 1 输电线上的u线 i线 r线 满足部分电路欧姆定律 2 输电电压u与输电导线上的电压u线的物理意义截然不同 应用公式时应注意区分 答案 bd 1 解决远距离输电问题时 应首先画出输电的电路图 如上图所示 并将已知量和待求量写在电路图的相应位置 2 电路被划分为几个独立的回路 在每个回路中 变压器的原线圈是回路的用电器 而相应的副线圈是下一个回路的电源 每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律 串 并联电路规律 而变压器的电压 电流 功率关系是联系不同回路的桥梁 二 如何分析远距离输电回路 1 第一个回路 p1 u1i1 2 第二个回路 电流关系 i2 i线 i3 电压关系 u2 u u3 功率关系 p2 p p3p3 u3i3p2 u2i2 用户消耗的功率决定输送功率 即用户和线路总共消耗多少功率 发电站就输送多少功率 后者不可能大于前者 也不可能小于前者 这是由能量守恒定律决定的 不是由发电站输送的功率决定用户和线路消耗的功率 因为用户消耗功率的多少是由用户用电器的多少来决定的 2 某变电站用220v的电压送电 导线损失的功率为输送功率的20 若要使导线损失的电功率降为输送功率的5 则输送电压应为多少 答案 440v 讲典例精析 某电站用11kv交变电压输电 输送功率一定 输电线的电阻为r 现若用变压器将电压升高到220kv送电 下面选项正确的是 高压输电的理解与辨析 答案 bd 高压输电既能减少功率损失 也能减少电压损失 1 关于输电线路上的功率损耗与电压损耗的计算 主要考虑因导线电阻的存在而发热造成的损失 故p损 i2r u i r 1 1 远距离输送一定功率的交流电 若输电线电阻一定 下列说法正确的是 a 输电线上的电压损失跟输电电压成正比b 输电线上的功率损失跟输电电压成正比c 输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比d 输电线上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比 答案 cd 小型水利发电站的发电机输出功率为24 5kw 输出电压为350v 输电线总电阻为4 为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5 需在发电机处设升压变压器 用户需电压为220v 所以在用户处需安装降压变压器 求 1 输电线上的电流 2 升压变压器的原 副线圈的匝数之比 3 降压变压器的原 副线圈的匝数之比 远距离输电的电路分析与计算 思路点拨 远距离输电通常采用的方法是高压输电和低压配电 对这一变化过程一般按照 发电 升压 输电线 降压 用户 的顺序 一步一步地逐步分析 因而画出电能输送原理图是解决此类问题的关键所在 解析 画出电能输送电路如图所示 答案 1 17 5a 2 1 4 3 133 22 处理远距离高压输电问题时 首先要根据具体问题正确画出输电线路示意图 解题时要抓住发电机和用电器的连接线路 研究两只变压器的两次电压变换 电流变换 再根据电压 电流及理想变压器输入 输出功率关系和能量守恒定律依次求解 2 1 某小型水电站输出功率为20kw 输电线路总电阻是6 1 若采用380v输电 求输电线路损耗的功率 2 若改用5000v高压输电 用户端利用n1 n2 22 1的变压器降压 求用户得到的电压 答案 1 16 6kw 2 226 2v 试综合应用 在如图所示的远距离输电电路图中 升压变压器和降压变压器均为理想变压器 发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变 随着发电厂输出功率的增大 下列说法中正确的有 输出功率的变化问题 a 升压变压器的输出电压增大b 降压变压器的输出电压增大c 输电线上损耗的功率增大d 输电线上损耗的功率占总功率的比例增大思路点拨 注意本题升压变压器的输入电压不变 然后分析输入功率变化引起输电线路上电流 电压的变化 利用变压比确定变压器输出电压变化 答案 cd 在分析有关远距离输电问题时 先要弄清题目给出的是哪些物理量不变 哪些物理量变化 再根据变压器中电压 电流 电功率的制约关系 以及它们之间的联系去分析判断 3 1 小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压 它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压 然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器 经降低电压后再输送至各用户 设变压器都是理想的 那么 在用电高峰期 随用电器电功率的增加 下列说法正确的是 a 升压变压器原线圈中的电流变小b 升压变压器副线圈两端的电压变小c 高压输电线路的电压损失变大d 降压变压器副线圈两端的电压变小 解析 发电机有稳定的输出电压 即升压变压器原线圈两端的电压一定 理想变压器的输入电压决定输出电压 故升压变压器副线圈两端的电压一定 b选项错误 随着用电器电功率的增大 降压变压器副线圈中的电流增大 由变压器电流与匝数的关系可知 降压变压器原线圈中的电流增大 则输电线中的电流和升压变压器原线圈中的电流都增大 高压输电线路的电压损失变大 a选项错误 c选项正确 降压变压器原线圈两端的电压等于升压变压器副线圈两端的电压减去高压输电线路的电压损失 用电高峰 随着用电器功率增加导致降压变压器原副线圈中的电流都增大 电流增加 路损变大 降压变压器原线圈两端电压减少 最终使降压变压器副线圈两端电压变小 选项d正确 答案 cd 练随堂演练 1 将西部地区丰富的水电 火电资源输送到东部地区 可以有效地促进东西部地区共同发展 对于这种大功率远距离输电 要减少输送线路上的损耗 既切实可行 又行之有效的是 a 用高压直流输电方式b 用高压交流输电方式c 使用超导体输电d 增大输电导线的横截面积 解析 采用高压直流电网输电 或采用高压交流输电均可有效减少线路损耗 也是目前正在使用的两种输电方式 采用超导体输电在技术上尚不成熟 采用增大导线横截面积的方式对减少损耗效果有限 答案 ab 答案 a 3 如图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 a 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少电路的发热损耗的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 答案 abd 4 有一理想变压器原 副线圈的匝数比为100 1 原线圈上所加电压为23kv 副线圈通过总电阻为2 的供电导线向用户供电 用户用电器得到的电压是220v 求供电导线上损耗的功率 答案 50w 5 一台小型发电机的最大输出功率为1