新課標選修3-25.5電能的輸送

1、第五章第五章 交變電流交變電流1 1電能輸送的優(yōu)點：電能輸送的優(yōu)點：2 2輸送電能的基本要求：輸送電能的基本要求：方便和節(jié)約方便和節(jié)約可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟可靠、保質(zhì)、經(jīng)濟一、電能的輸送一、電能的輸送二、二、輸電線輸電線上的功率損失上的功率損失損失的功率損失的功率 P=I2r減少功率損失減少功率損失減小輸電線的電阻減小輸電線的電阻減小輸電電流減小輸電電流（1 1）如何減小輸電線的電阻）如何減小輸電線的電阻SLR（1）減小材料的電阻率減小材料的電阻率（2 2）減小輸電線的長度）減小輸電線的長度L L（3 3）增加導線的橫截面積）增加導線的橫截面積S S怎樣計算輸電線路怎樣計算輸電線路損失的功率？損失的

2、功率？ r用銀、金最好！用銀、金最好?。ㄒ话阌娩X或銅）（一般用鋁或銅）1.怎樣計算輸電線路損失的功率？怎樣計算輸電線路損失的功率？ P=I2r2 2、在輸電電流一定的情況下，如果線路的電阻減為原、在輸電電流一定的情況下，如果線路的電阻減為原來的一半，線路上損失的功率減為原來的幾分之一？來的一半，線路上損失的功率減為原來的幾分之一？在線路電阻一定的情況下，如果輸電電流減為原來的在線路電阻一定的情況下，如果輸電電流減為原來的一半，線路上損失的功率減為原來的幾分之一？一半，線路上損失的功率減為原來的幾分之一？3、通過第、通過第2步的兩項計算，步的兩項計算，你認為哪個途徑對于降你認為哪個途徑對于降低輸

3、電線路的損耗更為有效？低輸電線路的損耗更為有效？減小輸電電流減小輸電電流思考：思考： 在輸電過程中，電源輸送的電壓是否全部加在在輸電過程中，電源輸送的電壓是否全部加在用戶上？用戶上？r電電 源源用用 戶戶U送送U用用U損損IrUUU 用用送送輸電線輸電線電阻電阻造成電壓損失造成電壓損失例1：某交流發(fā)電機的輸出電壓為220V，輸出的電功率為 4400W，發(fā)電機到用戶的輸電線的電阻為4，求（1）輸電導線中的電流是多少？ （2）輸電導線中損失的電壓和電功率各是多少？ （3）用戶得到的電壓和電功率各是多少？（1 1）I=P/U=4400/220=20(A)I=P/U=4400/220=20(A)（2

4、2）U Ur r= =IrIr=20=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：某交流發(fā)電機的輸出電壓為220V，輸出的電功率為4400W，發(fā)電機到用戶的輸電線的電阻為4，求：如果有變壓比為1：10的升壓變壓器升壓后向用戶輸電，到達用戶處再用10：1的降壓變壓器降壓，用戶得到的實際電壓和電功率又是多少？P P1 1=4

5、400(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)=4400-16=4384(W)U U用用=U=U4 4=n=n4 4U U3

6、3/n/n3 3=219.2(V)=219.2(V)發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器用 戶輸電線發(fā)發(fā)電電機機升壓變壓器升壓變壓器高壓輸電線路高壓輸電線路降壓變壓器降壓變壓器 用用電電器器 交流高壓輸電基本環(huán)節(jié)示意圖交流高壓輸電基本環(huán)節(jié)示意圖 14223UUUURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器二、遠距離輸電原理圖二、遠距離輸電原理圖功率關系：功率關系：P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3電壓關系：電壓關系：14223UUUURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器

7、3243432121,UUUnnUUnnUUr+3234431221,IIInnIInnIIr電流關系：電流關系：14223UUUURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4升壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器降壓變壓器四、典型例題四、典型例題例3、在電能輸送過程中，若輸送的電功率一定，則在輸電線上損耗的功率:（ ） A. 隨輸電線電阻的增大而增大; B. 和輸送電壓的平方成正比; C. 和輸送電線上電壓降的平方成正比; D. 和輸電線上電流強度的平方成正比; E. 和輸送電壓的平方成反比.U Ur r= =IrIrP Pr r=I=I2 2rIrI2 2P Pr r=P=P2

8、 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、遠距離輸電線路如圖所示，若發(fā)電機的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是（ ）A升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設備消耗的功率無關B輸電線中的電流只由升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定C當用戶用電器總電阻減小時，輸電線上損失的功率增大D升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器用 戶輸電線14223UUUURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4

9、 升壓變壓器升壓變壓器 降壓變壓器降壓變壓器C例例5 5、一臺發(fā)電機端電壓為、一臺發(fā)電機端電壓為5000V5000V，輸出功率，輸出功率10104 4kWkW，向，向400km400km外的用戶輸電，輸電外的用戶輸電，輸電線的電阻率線的電阻率1.71.71010-8-8/m/m，橫截面積，橫截面積S S0.85cm0.85cm2 2，輸電導線上的電功率損失，輸電導線上的電功率損失要求不超過輸出功率的要求不超過輸出功率的4%4%，則在輸電時，電壓應升高到多少伏，則在輸電時，電壓應升高到多少伏? ?所用的升壓變壓所用的升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少器的原、副線圈匝數(shù)比是多少? ?14223UU

10、UURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4 升壓變壓器升壓變壓器 降壓變壓器降壓變壓器r線線=2L/S=1.710-88105/0.8510-4=160U U1 1=5000(v)=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

11、=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若用戶電壓為220V,則降壓變壓器的原、副線圈降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少匝數(shù)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.某發(fā)電廠通過兩條輸電線向遠處的用電設備供電

12、某發(fā)電廠通過兩條輸電線向遠處的用電設備供電. .當發(fā)電廠輸出的功率為當發(fā)電廠輸出的功率為P P0 0時，額定電壓為時，額定電壓為U U的用電設備消耗的功率為的用電設備消耗的功率為P P1 1；若發(fā)電廠用一臺升壓變壓器；若發(fā)電廠用一臺升壓變壓器T T1 1先先把電壓升高，仍通過原來的輸電線供電，到達用電設備所在地，再通過一臺降把電壓升高，仍通過原來的輸電線供電，到達用電設備所在地，再通過一臺降壓變壓器壓變壓器T T2 2把電壓降到用電設備的額定電壓，供用電設備使用，如圖所示把電壓降到用電設備的額定電壓，供用電設備使用，如圖所示. .這樣這樣改動后，當發(fā)電廠輸出的功率仍為改動后，當發(fā)電廠輸出的功率

13、仍為P P0 0，用電設備可獲得的功率增至，用電設備可獲得的功率增至P P2 2. .試求所用試求所用升壓變壓器升壓變壓器T T1 1的原線圈與副線圈的匝數(shù)比的原線圈與副線圈的匝數(shù)比N N1 1/N/N2 2以及降壓變壓器以及降壓變壓器T T2 2的原線圈與副的原線圈與副線圈的匝數(shù)比線圈的匝數(shù)比n n1 1/n/n2 2各為多少各為多少? ?（1 1）不使用變壓器）不使用變壓器P Pr r=P=P0 0-P-P1 1=I=I2 2r=(Pr=(P0 0/U/U1 1) )2 2r r（2 2）使用變壓器）使用變壓器I I4 4I I3 3)()(2011023421PPPPPPIInnN N1

14、 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 rI I2 2P P1 1=I=I2 2R RP P2 2=I=I4 42 2R R)()(10202121PPPPUUNNI I2 2=P=P1 1/R=P/R=P1 1I I4 42 2/P/P2 2 6.6.有一條河流，河水流量為有一條河流，河水流量為4m 4m 3 3/s/s，落差為落差為5

15、m5m，現(xiàn)利用它來發(fā)電，使用的發(fā)現(xiàn)利用它來發(fā)電，使用的發(fā)電機總效率為電機總效率為5050，發(fā)電機輸出電壓為，發(fā)電機輸出電壓為350V350V，輸電線的電阻為輸電線的電阻為4 4，允許輸電線允許輸電線上損耗功率為發(fā)電機輸出功率的上損耗功率為發(fā)電機輸出功率的5 5，而用戶所需要電壓為，而用戶所需要電壓為220V220V，求所用的升壓、求所用的升壓、降壓變壓器上原、副線圈的匝數(shù)比降壓變壓器上原、副線圈的匝數(shù)比g=9.8m/sg=9.8m/s2 2線路上損耗的功率為線路上損耗的功率為P P r= 4900 W= 4900 W，P r=I2 2 r,電流為電流為I I2 2 =35A =35A，線路上的

16、電壓為線路上的電壓為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機械功率機械功率P=P=mgh/tmgh/t=1000=10004 4 9.8 9.8 5=1.96 5=1.96 10105 5W W發(fā)電機的輸出功率發(fā)電機的輸出功率P P1 1=0.5 =0.5 P= 9.8P= 9.810104 4W W14223UUUURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4 升壓變壓器升壓變壓器 降壓變壓器降壓變壓器

17、R7、 學校有一臺應急備用發(fā)電機，內(nèi)阻為學校有一臺應急備用發(fā)電機，內(nèi)阻為r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為升壓變壓器匝數(shù)比為1 4，降壓變壓器，降壓變壓器的匝數(shù)比為的匝數(shù)比為4 1，輸電線的總電阻為，輸電線的總電阻為R=4，全校全校22個教室，每個教室用個教室，每個教室用“220V，40W”的燈的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：發(fā)電機的輸出功率多大？發(fā)電機的電動勢多盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：發(fā)電機的輸出功率多大？發(fā)電機的電動勢多大？輸電線上損耗的電功率多大？輸電效率多大？（大？輸電線上損耗的電功率多大？輸電效率多大？（4）若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，）若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，則發(fā)電機的輸出功率是

18、否也減半？則發(fā)電機的輸出功率是否也減半？所有燈都正常工作的總功率為：所有燈都正常工作的總功率為：P P4 4= =22640=5280W， 用電器總電流為用電器總電流為 輸電線上的電流輸電線上的電流 降壓變壓器上：降壓變壓器上： U3=4U4=880V 輸電線上的電壓損失為：輸電線上的電壓損失為：UR=IRR=24V 因此升壓變壓器的輸出電壓為因此升壓變壓器的輸出電壓為 U2=UR+U3=904V， 輸入電壓為輸入電壓為U1=U2/4=226V， 輸入電流為輸入電流為I1=4I2=24A， 所以發(fā)電機輸出功率為所以發(fā)電機輸出功率為P P出出=U=U1 1I I1 1=5424W=5424W發(fā)電

19、機的電動勢發(fā)電機的電動勢E=UE=U1 1+I+I1 1r=250Vr=250V輸電線上損耗的電功率輸電線上損耗的電功率P PR R=I=IR R2 2R=144WR=144W輸電效率 =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 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) P1/224

20、2205280444UPIA64432IIIIrA1212、發(fā)電站發(fā)電機端電壓、發(fā)電站發(fā)電機端電壓u u5000 sin314tV5000 sin314tV，輸出功率，輸出功率5000kW5000kW，遠距離輸電，遠距離輸電線的電阻為線的電阻為8080，輸電線上功率損耗要求不超過總功率的，輸電線上功率損耗要求不超過總功率的4%4%，則，則(1)(1)所用升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比多大所用升壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)比多大? ?(2)(2)到達用戶區(qū)使用匝數(shù)比為到達用戶區(qū)使用匝數(shù)比為192192：1 1的降壓變壓器，對負載電阻為的降壓變壓器，對負載電阻為1010的用電器的用電器供電，最多可接這樣的用電器幾個供電，最多可接這樣的用電器幾個? ?214223UUUURIF用用線線 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4 升壓變壓器升壓變壓器 降壓變壓器降壓變壓器(1) U1=5000V P Pr r=I=I2 22 2r=0.04Pr=0.04P1 1=2=210105 5W WP1=510