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- 2021-05-23 发布
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第五章 交变电流
第5节 电能的输送
【学习目标】
1. 了解输电导线电能损失的主要原因,知道减少电能损失的两条途径。
2. 说能出采用高压输电的原因,会求解输电导线上的功率损失等问题。
3.认识高压输电的局限性。
4.树立安全用电、节约用电的社会意识。
【重点难点】
1.理解高压输电是减少功率损失和电压损失的切实可行的措施。
2.输电过程示意图中各物理量之间的关系。
3.区别输电线上损失的功率和输电功率;输电线上损失的电压和输电电压。
4.利用输电过程示意图进行简单的计算。
【预习案】
【导学提示】通读教材,理解采用高压输电的原因,区别几个重要的功率。
一. 阅读课本回答下面问题:
1.为什么存在远距离输电问题?
2.输送电能的基本要求是什么?
3.远距离大功率输电面临的困难是什么?
二.输电线上的功率损失:
1. 输电线上的功率损失的原因分析:
由于输电线有 ,当有电流流过输电线时,有一部分电能转化为
能而损失了,这是输电线上功率损失的主要原因。
2. 输电线上的功率损失P线
设输电电流为I,输电线电阻为r,则
输电线的电压损失U线=
输电线的功率损失为P线= .[
3. 减少输电线的功率损失的方法:
根据输电线的功率损失的表达式 可知,要减少输电线的功率损失,有两种途径:
其一是 :
其二是 :
这两种途径如何能够实现?即:
(1)如何减小输电线的电阻?
根据电阻定律 可知, 要减小输电线的电阻r,可采用下述方法:(并分析各种方法的局限性)
A. B. C.
(2)如何减小输电电流?
在输电功率一定的条件下,根据 可知,要减小输电线中的电流I,必须提高 ,这就是采用高压输电的道理。
(3)解决教材上的思考与讨论中的问题,对比分析得出上述减小输电线上功率损失的两种途径,哪一种更有效,切实可行?举例说明
(4).在实际输电过程中,输电电压是不是越高越好呢?目前我国常用的远距离输电电压有哪几种?
4.下图为远距离输电的示意图,输电过程包括哪几个部分?完成各物理量之间关系的填空。
(1)对于理想变压器,;,。
(2)对于理想变压器; ; ; ;; 。
(3)输电线上损失的电压U线=I线·R线。
输电线上损失的功率P线=I线2·R线= = 。
(4)由电路关系可得:I2=I线=I3; U2- =U3; P2- =P3。[来
(5)注意区别:
输电电压U2与输电线上损失的电压U线,二者关系为 。
输电功率P2与输电线上损失的功率P线,二者关系为 。
9.采用电网供电的优点有什么?
【探究案】
探究1:通过计算,体会远距离高压输电的必要性
例1. 从发电站输出的功率为200kW,输电线的总电阻为0.05Ω,用110V和11kV两种电压输电,输电线上电阻造成的电压损失和功率损失各是多少伏?
训练1:
用6600V和220V两种电压输电,若输送的功率和输电线的电阻相同,则低压输电线与高压输电线上损失功率之比是( )
A. 1:900 B. 900:1
C. 1:30 D. 30:1
训练2:一个小水电站输出电功率为20kw,输电线总电阻为0.5Ω,如果先用400V的电压送电,后改用2000V电压输电,则输电电压提高后输电线上损失的电功率的变化情况是:( )[
A、减少50W B、减少1200W C、减少7.68W D增加7.68W
探究2: 构建远距离输电的模型,体会各个已知条件的物理意义。
电网供电最基本的模型是:从发电厂→ → → 再到用户。
例2如上图所示的电路中,发电机的端电压为220V,输出的电功率为44kW,输电线电阻为r=0.2Ω,如果发电站用匝数比为1∶10的变压器将电压升高,经过同样的输电线后,再用匝数比为10∶1的变压器将电压降低供给用户。
问题一:线路中降落的电压是多少?
问题二:线路上损耗的功率是多少?
问题三:用户得到的电压是多少?
问题四:用户得到的电功率是多少?
训练3:一个小型水力发电站,发电机输出电压U0=250V,内电阻可以忽略不计,最大输出功率为Pm=30kW,它通过总电阻R线=2.0Ω的输电线直接向远处的居民区供电。设居民区所有用电器都是额定电压U用=220V的白炽灯,总功率为P用=22kW,不计灯丝电阻随温度的变化。
(1)当居民区的电灯全部使用时,电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率多大?
(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,且不计变压器和用户线路的损耗。已知用户变压器的降压比为40:1,当全部用户电灯正常发光时,输电线上损耗的功率多大?
【训练案】
1、在电能输送过程中,若输送的电功率一定,则在输电线上损失的电功率:( )
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.和输电线上电压降落的平方成正比
D.和输电线中电流强度的平方成正比
2、某变电站用220V的电压送电,导线损失电功率是输出功率的20%,若要使导线损失电功率是输出功率的5%,则输出电压应变为 V。
3、远距离送电的输电线一定时,如果以原来电压的10倍输送同样功率的电能时,输电线上损耗的电功率为原来的____.
4、发电机的路端电压为220V,输送电功率44kW,输电线电阻为0.4Ω,则用户得到的电压为 V,用户得到的电功率为 kW。若用初、次级线圈匝数之比为1:10的变压器升压,经同样的输电线输电后,再用初、次级线圈匝数之比为10:1的变压器降压后供给用户,则用户得到的电压为 V,用户得到的电功率为 kW。
5、某电厂要将电能输送到较远的用户,输送的总功率为9.8×104W,电厂输出电压仅350V,为减少输送功率损失,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4Ω,允许损失的功率为输送功率的5%,求用户所需电压为220V时,升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少?
6、★有一台内阻为1Ω的发电机,供应学校的照明用电,如图5-5-5所示是输电原理图,两变压器已选定,输电线总电阻为4Ω,全校共有22个教室,每个教室有“220V、40W”的灯6盏,若保证全部电灯正常发光。(n1:n2=1:4,n3:n4=4:1)问:
(1)发电机输出功率多大?
(2)发电机的电动势多大?
(3)输电效率是多少?
【自主区】
【使用说明】教师书写二次备课,学生书写收获与总结
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