2018版高中物理 第4章 遠(yuǎn)距離輸電 4.3 電能的遠(yuǎn)距離傳輸學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

第3講電能的遠(yuǎn)距離傳輸目標(biāo)定位1.了解遠(yuǎn)距離輸電線上的能量損失與哪些因素有關(guān).2.應(yīng)用理想變壓器、電路知識(shí)對(duì)簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)距離輸電線路進(jìn)行定量計(jì)算.3.了解交變電流從變電站到用戶的輸電過程及電網(wǎng)設(shè)計(jì).4.了解高壓直流輸電的原理一、為什么要采用高壓輸電1電功率損失(1)損失的電功率PI2R，即在輸電線上因發(fā)熱而損耗的電功率與電阻成正比，與電流的二次方成正比(2)在輸送電功率不變的前提下，要減少電功率損失，只能采取減小導(dǎo)線中電流的方法2電壓損失：在輸送電功率不變的前提下，要減少電壓損失，只能采取減小輸電電流的方法，或減小輸電線電阻的方法3高壓輸電：由PUI知，在保證P不變的情況下，必須提高輸送電壓U，才能減小電流I.二、高壓交流輸電1遠(yuǎn)距離輸電的基本思路如圖1所示在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器升高電壓然后進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，在用電區(qū)域通過降壓變壓器降壓圖12電網(wǎng)通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國(guó)性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)3電網(wǎng)送電的優(yōu)點(diǎn)(1)降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益(2)合理地調(diào)度電力，使電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高三、高壓直流輸電直流輸電系統(tǒng)只在輸電這個(gè)環(huán)節(jié)是直流，發(fā)電和用電環(huán)節(jié)仍是交流；輸電過程中只用兩根導(dǎo)線整流器和逆變器可以實(shí)現(xiàn)交流電和直流電的轉(zhuǎn)換.一、降低輸電損耗的兩個(gè)途徑1輸電導(dǎo)線上的功率損失(1)損失功率計(jì)算：設(shè)輸電電流為I，輸電線電阻為R線，則輸電線上的功率損失為PI2R線(2)減小輸電線上功率損失的方法：減小輸電線的電阻R線：由R線得，要減小R線，在l保持不變的情況下，可以減小，增大S.減小輸電電流I：由PUI得，在輸送功率一定的情況下，提高輸電電壓，即可減小輸電電流采用高壓輸電是減小輸電線上功率損失最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施2輸電線上的電壓損失(1)輸電線路始端電壓U跟末端電壓U的差值，稱為輸電線路上的電壓損失，UUU，如圖2所示，電壓損失還可以表示為UIR線R線圖2(2)減少輸電線上電壓損失的方法：減小輸電線的電阻提高輸送電壓例1遠(yuǎn)距離輸送一定功率的交變電流，若輸電電壓升高為原來的n倍，關(guān)于輸電線上的電壓損失和功率損失正確的是(不考慮電抗產(chǎn)生的損失)()A功率損失是原來的B功率損失是原來的C電壓損失是原來的D電壓損失是原來的n倍答案BC解析設(shè)輸電電壓為U，所輸送的功率為P，輸電線路總電阻為R線，則輸電電流I線，線路的功率損失PIR線，可知P，當(dāng)輸電電壓U升高為原來的n倍時(shí)，功率損失變?yōu)樵瓉淼?，故選項(xiàng)B正確；線路上的電壓損失UI線R線，可知U，當(dāng)輸電電壓升高為原來的n倍時(shí)，電壓損失變?yōu)樵瓉淼?，故選項(xiàng)C正確針對(duì)訓(xùn)練發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學(xué)校的輸電線總電阻為R線，通過導(dǎo)線的電流為I，學(xué)校輸入電壓為U2，下列計(jì)算輸電線功率損耗的式子中，正確的是()A.B.CI2R線 DI(U1U2)答案BCD解析輸電線功率損耗P損I2R線IU線，其中U線U1U2，故B、C、D正確二、遠(yuǎn)距離輸電及基本關(guān)系1輸電線路的構(gòu)成由發(fā)電機(jī)、升壓變壓器、輸電導(dǎo)線、降壓變壓器、用電器構(gòu)成2遠(yuǎn)距離輸電的基本關(guān)系(如圖3所示)圖3(1)功率關(guān)系P1P2，P3P4，P2PP3能量守恒(2)電壓、電流關(guān)系，理想變壓器U2UU3，I2I3I線串聯(lián)電路中電壓、電流關(guān)系(3)輸電導(dǎo)線中電流：I線.(4)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率：PUI線IR線2R線3特別強(qiáng)調(diào)(1)升壓變壓器副線圈的電壓U2不等于降壓變壓器原線圈的電壓U3，輸電線上的電壓損失UI線R線，輸電線上的功率損耗PIR線(2)計(jì)算輸電線的電阻時(shí)，應(yīng)注意輸電線長(zhǎng)度為距離的兩倍(3)處理遠(yuǎn)距離輸電問題首先要畫出輸電線路示意圖，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應(yīng)位置；其次解題時(shí)要抓“兩頭”電源、用電器要注意“中間兩條線”輸電線，以變壓器為界將整個(gè)輸電電路劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路以變壓器為聯(lián)系的紐帶將“兩頭”與中間“輸電線”聯(lián)系起來，利用能量守恒、變壓比、變流比等規(guī)律進(jìn)行分析與計(jì)算例2發(fā)電機(jī)兩端電壓為220V，輸出功率44kW，輸電導(dǎo)線的總電阻為0.2，如果用原、副線圈匝數(shù)之比為110的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用原、副線圈匝數(shù)比為101的降壓變壓器降壓供給用戶(1)畫出全過程的線路示意圖；(2)求用戶得到的電壓和功率；(3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的電壓和功率答案見解析解析(1)示意圖如圖所示(2)由圖可知，升壓變壓器副線圈兩端的輸出電壓U2U12200V據(jù)理想變壓器P入P出，則升壓變壓器副線圈的輸出電流I2A20A，輸電線上的功率損失和電壓損失分別為P損IR線2020.2W80W.U損UI2R線200.2V4V.所以降壓變壓器原線圈的輸入電壓和電流為U3U2U損2200V4V2196V，I3I220A.降壓變壓器副線圈的輸出電壓和電流為U4U32196V219.6V，I4I31020A200A.用戶得到的功率為P4U4I4219.6200W4.392104W.(3)若直接用220V低壓供電，電路如圖所示，則輸電電流IA200A輸電線路上的電壓損失UIR線2000.2V40V.所以用戶得到的電壓U2U1U220V40V180V，用戶得到的功率為PU2I180200W3.6104W.輸電線上損耗的問題1某發(fā)電廠原來用電壓為U1的交流電輸電，后改用變壓比為150的升壓器將電壓升高為U2后輸電，輸送的電功率保持不變?nèi)糨旊娋€路的總電阻為R線，則下列說法中正確的是()A由公式I可知，提高電壓后輸電線上的電流降為原來的B由公式I可知，提高電壓后輸電線上的電流增為原來的50倍C由公式PI2R線可知，提高電壓后輸電線上的功率損耗減為原來的D由公式P可知，提高電壓后輸電線上的功率損耗增大為原來的2500倍答案AC解析由可知，U250U1，輸送功率不變，由公式I可知，輸電線中的電流變?yōu)樵瓉淼?，選項(xiàng)A正確；由PI2R線2R線可知，輸電線上的功率損耗減為原來的，C選項(xiàng)正確；B、D選項(xiàng)中的U2應(yīng)為損失的電壓，所以選項(xiàng)B、D是錯(cuò)誤的2某水電站，用總電阻為2.5的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3106kW.現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是()A輸電線上輸送的電流大小為2105AB輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kVC若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108kWD輸電線上損失的功率為P，U為輸電電壓，R為輸電線的電阻答案B解析輸電線上輸送的電流為IA6103A，A錯(cuò)；輸電線上損失的電壓為U損IR61032.5V1.5104V15kV，B項(xiàng)正確；當(dāng)用5kV電壓輸電時(shí)，輸電線上損失的功率若超過3106kW，與實(shí)際情況相矛盾，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)用公式P計(jì)算損失的功率時(shí)，U為輸電線上損失的電壓而不是輸電電壓，D項(xiàng)錯(cuò)誤遠(yuǎn)距離高壓輸電的應(yīng)用3某小型水電站的電能輸送示意圖如圖4所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)要使額定電壓為220V的用電器正常工作，則()圖4A.B.C升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率答案AD解析由于輸電線上有電阻，所以考慮到電壓損失，則有升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，根據(jù)變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，可知要讓用電器正常工作，必須有，故A項(xiàng)對(duì)，B、C項(xiàng)錯(cuò)；考慮到輸電線上也有電功率的損失，可知D項(xiàng)也正確4在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失有一個(gè)電站，輸送的電功率為P500kW，當(dāng)使用U5kV的電壓輸電時(shí)，測(cè)得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度求：(1)這時(shí)的輸電效率和輸電線的總電阻R線；(2)若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？答案(1)60%20(2)22.4kV解析(1)由于輸送功率為P500kW，一晝夜輸送電能EPt12000度，終點(diǎn)得到的電能E7200度，因此效率60%.輸電線上的電流可由I計(jì)算，為I100A，而輸電線損耗功率可由P損I2R線計(jì)算，其中P損kW200kW，因此可求得R線20.(2)輸電線上損耗功率P損2R線，原來P損2200kW，現(xiàn)在要求P損10kW，計(jì)算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U22.4kV.