高中物理人教版选修3-2　55　电能的输送.ppt

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1、第五章第五章 交变电流交变电流1 1 1 1电能输送的优点：电能输送的优点：电能输送的优点：电能输送的优点：2 2 2 2输送电能的基本要求：输送电能的基本要求：输送电能的基本要求：输送电能的基本要求：可靠：可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。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，油等能源的输送需要大量的交通运载工具来说，“方便和方便和节约节约”是它突出的优点是它突出的优点保质：保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。就是保证电能的质量，即电

2、压和频率稳定。经济：经济：是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。可靠、保质、经济可靠、保质、经济一、电能的输送一、电能的输送一、电能的输送一、电能的输送二、二、输电线输电线上的功率损失上的功率损失损失的功率损失的功率 P=I2r减少功率损失减少功率损失减小输电线的电阻减小输电线的电阻减小输电电流减小输电电流（1 1）如何减小输电线的电阻）如何减小输电线的电阻（1）减小材料的电阻率减小材料的电阻率（2 2）减小输电线的长度）减小输电线的长度L L（3 3）增加导线的横截面积）增加导线的横截面积S S怎样计算输电线路怎样计算输电线路损失的功率？损失

3、的功率？r用银、金最好！用银、金最好！（一般用铝或铜）（一般用铝或铜）1.怎样计算输电线路损失的功率？怎样计算输电线路损失的功率？P=I2r2 2、在输电电流一定的情况下，如果线路的电阻减为原、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？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？一半，线路上损失的功率减为原来的几分之一？3、通过第、通过第2步的两项计算，步的两项计算，你认为哪个途径对于降你认为哪个途径对于降低输电

4、线路的损耗更为有效？低输电线路的损耗更为有效？减小输电电流减小输电电流造成电压损失的因素造成电压损失的因素:思考：思考：思考：思考：在输电过程中，电源输送的电压是否全部加在在输电过程中，电源输送的电压是否全部加在用户上？用户上？r电电 源源用用 户户U送送U用用U损损输电线输电线电阻电阻造成电压损失造成电压损失(高中阶段计算中高中阶段计算中只考虑输电线电阻只考虑输电线电阻造成的电压损失造成的电压损失)例1：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（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

5、和电功率各是多少？（1 1）I=P/U=4400/220=20(A)I=P/U=4400/220=20(A)（2 2）U Ur r=Ir=20=Ir=204=80(V)4=80(V)P Pr r=I=I2 2r=20r=202 24=1600(W)4=1600(W)（3 3）U U用=U-U=U-Ur r=220-80=140(V)=220-80=140(V)P P用用=P-P=P-Pr r=4400-1600=2800(W)=4400-1600=2800(W)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

6、器升压后向用户输电，用户得到的实际电压和电功率又是多少？P P1 1=4400(W)=4400(W)U U1 1=220(v)=220(v)U U2 2=n=n2 2U U1 1/n/n1 1=2200(v)=2200(v)I I2 2=P=P2 2/U/U2 2=P=P1 1/U/U2 2=4400/2200=2(A)=4400/2200=2(A)P Pr r=I=I2 22 2r=16(W)r=16(W)U U3 3=U=U2 2-U-Ur r=2200-I=2200-I2 2r=2192(V)r=2192(V)P P用用=P=P1 1-P-Pr r=4400-16=4384(W)=440

7、0-16=4384(W)U U用用=U=U4 4=n=n4 4U U3 3/n/n3 3=219.2(V)=219.2(V)U U1 1U U2 2U U3 3 U U4 4发发电电机机升压变压器升压变压器高压输电线路高压输电线路降降压变压压变压器器 用用电电器器 交流高压输电基本环节示意图交流高压输电基本环节示意图 14223UUUURIF用用线线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器二、远距离输电原理图二、远距离输电原理图功率关系：功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3电压关系：电压关系：14223UUUURIF用用线线 rI

8、1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器3243432121,UUUnnUUnnUUr+=电流关系：电流关系：14223UUUURIF用用线线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器是不是输电电压越高越好是不是输电电压越高越好?电电压压越越高高，对对输输电电线线路路和和变变压压器器的的要要求越高，建设费用越高。求越高，建设费用越高。远距离输电远距离输电我我国国常常用用的的远远距距离离输输电电采采用用的的电电压压有有110 kV、220 kV、330 kV，输输电电干干线线采采用用500 kV的超高压，

9、西北电网达到的超高压，西北电网达到750kV。思思考考输电线上的电压损失，除了与输电线的输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。当输电电阻有关，还与感抗和容抗有关。当输电线路电压较高、导线截面积较大时，电抗线路电压较高、导线截面积较大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的还要大。造成的电压损失比电阻造成的还要大。四、典型例题四、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:（）A.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.U Ur r

10、=Ir=IrP Pr r=I=I2 2rIrI2 2P Pr r=P=P2 2r/Ur/U2 2 1/U1/U2 2P Pr r=I=I2 2r=r=（P/UP/U）2 2r=Ur=Ur r2 2/r/rP Pr r=U=Ur r2 2/r U/r Ur r2 2ACDE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发电机升压变压器降压变压器用 户输电线14223

11、UUUURIF用用线线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4 升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3=U1I1 I1I I2 2=P=P1 1/U/U2 2=P=P1 1n n1 1/n/n2 2U U1 1I I2 2=I=I3 3=n=n4 4I I4 4/n/n3 3CU2=Ur+U3P Pr r=I=I2 22 2r rI I1 1=I=I2 2n n2 2/n/n1 1 II2 2例例5 5、一台发电机端电压为、一台发电机端电压为5000V5000V，输出功率，输出功率10104 4kWkW，向，向400km400km外的用户输

12、电，输电外的用户输电，输电线的电阻率线的电阻率1.71.71010-8-8/m/m，横截面积，横截面积S S0.85cm0.85cm2 2，输电导线上的电功率损失，输电导线上的电功率损失要求不超过输出功率的要求不超过输出功率的4%4%，则在输电时，电压应升高到多少伏，则在输电时，电压应升高到多少伏?所用的升压变压所用的升压变压器的原、副线圈匝数比是多少器的原、副线圈匝数比是多少?14223UUUURIF用用线线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4 升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器r线线=2L/S=1.710-88105/0.8510-4=160U U1 1=5000(v

13、)=5000(v)P P1 1=10=107 7(W)(W)P Pr r=I=I2 22 2r=0.04Pr=0.04P1 1=4=410105 5(W)(W)I I2 22 2=P=Pr r/r=4/r=410105 5/160/160I I2 2=2=210102 2/4=50(A)/4=50(A)U U2 2=P=P2 2/I/I2 2=P=P1 1/I/I2 2=10=107 7/50=2/50=2 10 105 5(V)(V)n n1 1/n/n2 2=U=U1 1/U/U2 2=5=5 10103 3/2/210105 5=1/40=1/40若用户电压为220V,则降压变压器的原、

14、副线圈降压变压器的原、副线圈匝数比是多少匝数比是多少?U3=U2-UrU Ur r=I=I2 2r=8000(V)r=8000(V)U3=U2-Ur=200000-8000=192000(V)n n3 3/n/n4 4=U=U3 3/U/U4 4=192000/220=96=192000/220=9610103 3/11/1110.10.某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电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当发电厂输出的功率为P P0 0时，额定电压为时，额定电压为U U的用电设备消耗的功率为的用电设备消耗的功率为P P1 1，若发电厂电一台升压变压器，若发

15、电厂电一台升压变压器T T1 1先先把电压升高，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压变压器T T2 2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.这样这样改动后，当发电厂输出的功率仍为改动后，当发电厂输出的功率仍为P P0 0，用电设备可获得的功率增至，用电设备可获得的功率增至P P2 2.试求所用试求所用升压变压器升压变压器T T1 1的原线圈与副线圈的匝数比的原线圈与副线圈的匝数比N N1 1/N/N2 2以及降压变压器以及降压

16、变压器T T2 2的原线圈与副的原线圈与副线圈的匝数比线圈的匝数比n n1 1/n/n2 2各为多少各为多少?（1 1）不使用变压器）不使用变压器P Pr r=P=P0 0-P-P1 1=I=I2 2r=(Pr=(P0 0/U/U1 1)2 2r r（2 2）使用变压器）使用变压器I I4 4I I3 3N N1 1/N/N2 2=U=U1 1/U/U2 2U1UU1U2P P r r=P=P0 0-P-P2 2=I=I2 22 2r=(Pr=(P0 0/U/U2 2)2 2r r(P(P0 0-P-P1 1)/(P)/(P0 0-P-P2 2)=)=I I2 2r/r/I I3 32 2r

17、rI I2 2P P1 1=I=I2 2R RP P2 2=I=I4 42 2R RI I2 2=P=P1 1/R=P/R=P1 1I I4 42 2/P/P2 2 6.6.有一条河流，河水流量为有一条河流，河水流量为4m 4m 3 3/s/s，落差为，落差为5m5m，现利用它来发电，使用，现利用它来发电，使用的发电机总效率为的发电机总效率为5050，发电机输出电压为，发电机输出电压为350V350V，输电线的电阻为，输电线的电阻为44，允许输，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的电线上损耗功率为发电机输出功率的5 5，而用户所需要电压为，而用户所需要电压为220V220V，求所用的，求所用

18、的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比g=9.8m/sg=9.8m/s2 2线路上损耗的功率为线路上损耗的功率为P P r=4900 W=4900 W，P r=I2 2 r,电流为电流为I I2 2=35A=35A，线路上的电压为线路上的电压为Ur=I2 r=140V，U2=P2/I2=2800V,n1n2=U 1U2=350 2800=1 8U3=U2-U r=2660VU4=220Vn3n4=U 3U4=2660 220 12 1机械功率机械功率P=mgh/t=1000P=mgh/t=10004 4 9.8 9.8 5=1.96 5=1.96 10105

19、 5W W发电机的输出功率发电机的输出功率P P1 1=0.5=0.5 P=9.8P=9.810104 4W W14223UUUURIF用用线线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4 升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器R7、学学校校有有一一台台应应急急备备用用发发电电机机，内内阻阻为为r=1，升升压压变变压压器器匝匝数数比比为为1 4，降降压压变变压压器器的的匝匝数数比比为为4 1，输输电电线线的的总总电电阻阻为为R=4，全全校校22个个教教室室，每每个个教教室室用用“220V，40W”的的灯灯6盏盏，要要求求所所有有灯灯都都正正常常发发光光，则则：发发电电机机的的输输出出

20、功功率率多多大大？发发电电机机的的电电动动势势多多大大？输输电电线线上上损损耗耗的的电电功功率率多多大大？输输电电效效率率多多大大？（4）若若使使用用灯灯数数减减半半并并正正常常发发光光，则则发发电机的输出功率是否也减半？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：所有灯都正常工作的总功率为：P P4 4=22640=5280W，用电器总电流为用电器总电流为 输电线上的电流输电线上的电流 降压变压器上：降压变压器上：U3=4U4=880V 输电线上的电压损失为：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因此升压变压器的输出电压为 U2=UR+U3=904V

21、，输入电压为输入电压为U1=U2/4=226V，输入电流为输入电流为I1=4I2=24A，所以发电机输出功率为所以发电机输出功率为P P出出=U=U1 1I I1 1=5424W=5424W发电机的电动势发电机的电动势E=UE=U1 1+I+I1 1r=250Vr=250V输电线上损耗的电功率输电线上损耗的电功率P PR R=I=IR R2 2R=144WR=144W输电效率=P4/P1=5280/5424=97.3%（4）P4=22340=2640W I I4 4=2640/220=12=2640/220=12 I I 2 2=I=I4 4/4=3(A)/4=3(A)P PR R=I=I R

22、 R2 2R=144/4=36(W)R=144/4=36(W)P P1 1=P=P 4 4+P+P r r=2640+36=2676(W)=2640+36=2676(W)P1/21212、发电站发电机端电压、发电站发电机端电压u u5000 sin314tV5000 sin314tV，输出功率，输出功率5000kW5000kW，远距离输电，远距离输电线的电阻为线的电阻为8080，输电线上功率损耗要求不超过总功率的，输电线上功率损耗要求不超过总功率的4%4%，则，则(1)(1)所用升压变压器的原、副线圈匝数比多大所用升压变压器的原、副线圈匝数比多大?(2)(2)到达用户区使用匝数比为到达用户区使

23、用匝数比为192192：1 1的降压变压器，对负载电阻为的降压变压器，对负载电阻为1010的用电器的用电器供电，最多可接这样的用电器几个供电，最多可接这样的用电器几个?14223UUUURIF用用线线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4 升压变压器升压变压器 降压变压器降压变压器(1)U1=5000V P Pr r=I=I2 22 2r=0.04Pr=0.04P1 1=2=210105 5W WP1=5106WI I2 2=50(A)=50(A)I1=P1/U1=103n n1 1/n/n2 2=I=I2 2/I/I1 1=50/1000=1/20=50/1000=1/20(2)

24、U(2)U2 2=n=n2 2U U1 1/n/n1 1=10=105 5U U3 3=U=U2 2-U-Ur r=10=105 5-50-5080=9680=9610103 3(v)(v)I I4 4=n=n3 3I I3 3/n/n4 4=192=19250=9600(A)50=9600(A)R R用用=U=U4 4/I/I4 4=500/9600=10/n=500/9600=10/nn n=192U U4 4=n=n4 4U U3 3/n/n3 3=96000/192=500V=96000/192=500V2 2关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列

25、说法正确的是说法正确的是 【】A A由功率由功率P=UP=U2 2/R/R，应降低输电电压，增大，应降低输电电压，增大导线电阻导线电阻B B由由P=IUP=IU，应低电压小电流输电，应低电压小电流输电C C由由P=IP=I2 2R R，应减小导线电阻或减小输电，应减小导线电阻或减小输电电流电流D D上述说法均不对上述说法均不对C4 4发电厂输出功率为发电厂输出功率为9900kW9900kW，输电线电阻为，输电线电阻为22，分别用，分别用18kV18kV和和110kV110kV的高压输电，则导线上的高压输电，则导线上损失的功率分别为损失的功率分别为_，_P Pr r=I=I2 2r=Pr=P2

26、2r/Ur/U2 2=(9900/18)=(9900/18)2 22=605000(W)2=605000(W)605000(W)P Pr r=I=I2 2r=Pr=P2 2r/Ur/U2 2=(9900/110)=(9900/110)2 22=16200(W)2=16200(W)16200(W)16200(W)1111、如图所示，一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发、如图所示，一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为电机的输出功率为500KW500KW，端电压为，端电压为500V500V，升压变压器，升压变压器B1B1的原副线圈的匝数比为的原

27、副线圈的匝数比为1:51:5，两变压器间输电导线的总电阻为，两变压器间输电导线的总电阻为1.51.5，降压变压器的输出电压为，降压变压器的输出电压为220V220V，不，不计变压器的损耗，求计变压器的损耗，求:（1 1）升压变压器）升压变压器B B1 1副线圈的端电压副线圈的端电压U U2 2.（2 2）输电线上损失功率）输电线上损失功率P Pr r.B B1 1500V U500V U2 2 U U3 3 220V 220VB B2 2(1)P1=5105WI1=P1/U1=103n n1 1/n/n2 2=I=I2 2/I/I1 1=1/5=1/5I I2 2=200(A)=200(A)U2=P1/I2=2500(V)(2)Pr=I22r=6104W