3.4電能的輸送(課件)高中物理課件（人教版2019選擇性）

第三章交變電流3.4電能的輸送人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊主講人：點(diǎn)石成金

CONTENTS01輸送電能的基本要求02降低輸電損耗的兩個(gè)途徑03遠(yuǎn)距離輸電的電路分析04目錄典型例題電網(wǎng)供電以上關(guān)系是有效值間的關(guān)系，對最大值也適用，但對某時(shí)刻的瞬時(shí)值其關(guān)系不成立。知識回顧變壓器原副線圈各量制約關(guān)系：

U1由電源決定U2由U1與匝數(shù)比決定I2P2由U2與負(fù)載決定（副線圈電路計(jì)算中，副線圈相當(dāng)于電源）I1P1由I2P2決定（輸入功率由輸出功率決定，即用多少給多少）動態(tài)分析順序即變壓器將電能由原線圈傳給副線圈時(shí)總是“量出為入”，即用戶消耗多少，原線圈就提供多少。U1n1n2U2n1U1I1P1n2U2I2P2其他形式的能量發(fā)電站把各種熱能核能風(fēng)能水流能太陽能化學(xué)能比如：轉(zhuǎn)化為電能再輸送給學(xué)校工廠普通用戶電能在從發(fā)電站傳輸給用戶的過程中要考慮什么問題？要注意什么？秦山核電站內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾熱電廠達(dá)板城風(fēng)力發(fā)電站三峽水電站發(fā)電的地方：為了合理的利用能源和保護(hù)環(huán)境,發(fā)電站要建在靠近這些能源的地方（一般離城市較遠(yuǎn)）.用電的地方卻很多，有的地方離發(fā)電站很遠(yuǎn),因此需要把電能輸送到遠(yuǎn)方,這就涉及電能的輸送問題．城市遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離輸電過程我國很多發(fā)電廠建在能源聚集的西部地區(qū),而用電量大的城市多在東部沿海地區(qū)。從發(fā)電廠到用電量大的區(qū)域的遠(yuǎn)距離輸電中，如何減少電能的損耗？01輸送電能的基本要求交變電流輸送電能的基本要求1可靠保證供電線路可靠地工作，故障少3經(jīng)濟(jì)輸電線路建造和運(yùn)行費(fèi)用低，電能損耗少2保質(zhì)保證電能的質(zhì)量——電壓和頻率穩(wěn)定各種用電設(shè)備都是按照一定的工作電壓設(shè)計(jì)的，電壓過低或過高，用電器都不能正常工作，甚至?xí)斐蓳p壞。使用交流的用電器還要求頻率穩(wěn)定。02降低輸電損耗的兩個(gè)途徑交變電流U△U~U＇PR線△P發(fā)電廠用電設(shè)備任何輸電線都有電阻，存在功率損失。設(shè)輸電電流為I，輸電線電阻為R，則輸電線上的功率和電壓為：①損失電壓：或△△

易錯(cuò)點(diǎn)：若每根電線的電阻為r

,則輸電線的總電阻是R線=2r②損失功率：或△△IP＇U△U~U＇PR△P發(fā)電廠用電設(shè)備IP＇特別提醒：(1)輸送功率是指高壓輸電線起始端輸出的功率，損失功率是輸電線上消耗的功率。(2)無論從減少輸電線路上的功率損失，還是減少電壓損失來看，都要求提高輸電電壓，以減小輸電電流。(3)發(fā)電站的輸送功率取決于用戶消耗的功率，不是由發(fā)電站輸出的功率決定用戶和線路消耗的功率。減小輸電導(dǎo)線上的電功率損失，有哪些途徑？想一想減少輸電線上功率損失的方法1.減小輸電線的電阻R()（1）減小電阻率

：目前一般用電阻率較小的銅或鋁作導(dǎo)線材料。（銀的電阻率最小，但價(jià)格昂貴）（2）適當(dāng)增大導(dǎo)線的橫截面積S，但橫截面積S太大要多耗費(fèi)金屬材料，增加成本，同時(shí)給架線帶來很大困難。（3）減小輸電線的長度L，不可行，因?yàn)橐ＷC輸電距離。(ΔP=I2R)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。根據(jù)ΔU=IR，以上方法也可以同時(shí)減小輸電線上的電壓損失。2.減小輸電電流I()(2)提高輸電電壓U：由可知在輸送功率P一定，輸電線電阻R一定的條件下，輸電電壓提高到原來的n倍，輸電線上的功率損失降為原來的倍。(1)減小輸送功率P：在實(shí)際中不能以用戶少用或不用電來達(dá)到減少損耗的目的。發(fā)電廠用戶P損＝I2r輸電線上的功率損失：（1）減小輸電線的電阻（2）減小輸電導(dǎo)線中的電流注意：輸電電壓也不是越高越好。電壓越高，對輸電線路絕緣性能的要求就越高，線路修建費(fèi)用就會增多。輸電電壓越高，變壓器上的電壓也越高，對變壓器的要求也相應(yīng)提高。實(shí)際輸送電能時(shí)，要綜合考慮各種因素，如輸送功率的大小、距離的遠(yuǎn)近、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求等，依照不同情況選擇適合的輸電電壓。目前我國遠(yuǎn)距離送電采用的電壓有110kV、220kV、330kV，輸電干線已經(jīng)采用500kV的超高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到750kV。03遠(yuǎn)距離輸電的電路分析交變電流電能輸送的基本模型升壓變壓器降壓變壓器升壓變壓器降壓變壓器1．輸送過程圖2．輸電過程電路被劃分為三個(gè)獨(dú)立的回路，每個(gè)回路均可以應(yīng)用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路規(guī)律，而變壓器的電壓、電流、功率關(guān)系是聯(lián)系不同回路的橋梁。功率關(guān)系：電壓關(guān)系：電流關(guān)系：2、基本關(guān)系式I2＝I3＝I線3．對高壓輸電(輸送回路)中幾個(gè)電壓的理解(1)輸送電壓：輸電線始端電壓，如圖中的U2。(2)用戶電壓：最終用戶得到的電壓，如圖中的U4。(3)損失電壓：輸電線始端電壓與末端電壓的差值(ΔU＝U2－U3＝I2R)，形成的原因是輸電導(dǎo)線有電阻，電流通過輸電線時(shí)，會在線路上產(chǎn)生電勢降落，致使輸電線路末端的電壓比起始端電壓要低，這就是輸電線上的電壓損失。4．減小輸電線路上電壓損失的方法根據(jù)ΔU＝IR可知有兩種：(1)減小輸電線路的電阻。(2)減小輸電電流I，即提高輸電電壓。升壓變壓器降壓變壓器ΔP04電網(wǎng)供電交變電流1.一般發(fā)電機(jī)組輸出的電壓在十千伏上下，不符合遠(yuǎn)距離送電的要求。因此，要在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器，升壓到幾百千伏后再向遠(yuǎn)距離送電。到達(dá)數(shù)百千米甚至數(shù)千千米之外的用電區(qū)之后，先在“一次高壓變電站”降到一百千伏左右，在更接近用戶的地點(diǎn)再由“二次變電站”降到十千伏左右。然后，一部分電能送往大量用電的工業(yè)用戶，另一部分經(jīng)過低壓變電站降到220V/380V，送給其他用戶。10千伏幾百千伏100千伏左右10千伏左右220伏發(fā)電機(jī)和變壓器∶決定電壓用戶∶決定功率和電流缺陷：產(chǎn)能浪費(fèi)一對一供電電網(wǎng)供電優(yōu)點(diǎn)：合理調(diào)度電力，減少斷電風(fēng)險(xiǎn)我國的電網(wǎng)：國家電網(wǎng)和南方電網(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2.現(xiàn)在世界各國都不采用一個(gè)電廠與一批用戶的“一對一”的供電方式，而是通過網(wǎng)狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區(qū)性的輸電網(wǎng)絡(luò)，這就是電網(wǎng)。3.采用電網(wǎng)送電，是輸電技術(shù)的重要發(fā)展。這樣可以在一次能源產(chǎn)地使用大容量的發(fā)電機(jī)組，降低一次能源的運(yùn)輸成本，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。電網(wǎng)可以減少斷電的風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)濟(jì)不同地區(qū)電力供需的平衡，保障供電的質(zhì)量。使用電網(wǎng)，可以根據(jù)火電、水電、核電的特點(diǎn)，合理地調(diào)度電力，這就使得電氣化社會的主要能源—電力的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高。(采用電網(wǎng)供電的優(yōu)點(diǎn))

低壓輸電：輸電功率為100kW以下，距離為幾百米以內(nèi)，一般采用220V的電壓輸電。

高壓輸電：輸電功率為幾千千瓦到幾萬千瓦，距離為幾十千米到幾百千米，一般采用35kV或110kV的電壓輸電。

超高壓輸電：輸電功率為10萬千瓦以上，距離為幾百千米，必須采用220kV或更高的電壓輸電。

目前我國遠(yuǎn)距離輸電采用的電壓有110kV、220kV、330kV，輸電干線采用500kV超高壓，西北電網(wǎng)的電壓甚至達(dá)到750kV。我國輸電采用的電壓『判一判』(1)增加輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失。 (

)(2)高壓輸電是通過提高電壓、減小輸電電流來減少輸送電路的發(fā)熱損耗。 (

)(3)高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好。 (

)(4)從發(fā)電廠發(fā)出的電輸送到用戶均需要采用高壓輸電。 (

)(5)使用升壓變壓器和降壓變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機(jī)輸出的電壓。 (

)(6)遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，若升壓變壓器匝數(shù)比為1∶n，降壓變壓器匝數(shù)比為n∶1，則升壓變壓器的輸入電壓和降壓變壓器的輸出電壓相等。 (

)√

√√×

√×

【典例1

】(多選)在電能的輸送過程中，若輸送的電功率一定、輸電線電阻一定時(shí)，對于在輸電線上損失的電功率，有如下四種判斷，其中正確的是（

）

A．和輸送電線上電壓的平方成反比

B．和輸送電壓的平方成正比

C．和輸送電線上電壓的平方成正比

D．和輸送電壓的平方成反比【互動探究】：若輸送的電功率一定，輸電電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，輸電線上損失的電功率變?yōu)樵瓉淼膸妆?？輸電電壓越高越好嗎？損失變?yōu)樵瓉淼?/p>

,電壓不是越高越好CD【典例2】遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖所示，若發(fā)電機(jī)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(shè)備消耗的功率無關(guān)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(dāng)用戶用電器的總電阻減小時(shí)，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C【解題關(guān)鍵】：發(fā)電機(jī)的電壓決定升壓變壓器的電壓，與用戶用電情況無關(guān)，用戶電阻減小時(shí)電流增大，且輸出電流決定輸入電流，即用戶用電情況決定電路的電流。例3：如圖所示，輸送的電功率為200kW的某變電站用10kV的高壓向10km外的小區(qū)供電，輸電導(dǎo)線的規(guī)格是0.5Ω/Km，則（1）輸電導(dǎo)線中的電流（2）輸電導(dǎo)上線由電阻的造成的電壓損失和功率損失（3）用戶獲得的電壓和電功率例4：如果用U1和U2兩種電壓來輸電，設(shè)輸送的電功率、輸電線上的功率損失、導(dǎo)線的長度和電阻率都相同，求導(dǎo)線的橫截面積之比例5、發(fā)電機(jī)的端電壓為220V，輸出功率44kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2Ω，如果用初、次級線圈匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級線圈匝數(shù)比為10∶1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．(1)示意圖如圖所示

例5.發(fā)電機(jī)的端電壓為220V，輸出功率44kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2Ω，如果用初、次級線圈匝數(shù)之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線后，再用初、次級線圈匝數(shù)比為10∶1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．(3)則輸電電流I＝P/U1＝200A.輸電線路上的電壓損失ΔU′＝I′R線＝40V.所以用戶得到的電壓U′2＝U1－ΔU′＝180V用戶得到的功率為P＝U′2I＝3.6×104W.例6（課本P50）：某個(gè)小水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率為100KW，發(fā)電機(jī)的電壓為250V。通過升壓變壓器升高電壓后向遠(yuǎn)處輸電，輸電線的總電阻為8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220V。要求在輸電線上損失的功率控制在5KW（即用戶得到的功率為95KW）。請你設(shè)計(jì)兩個(gè)變壓器的匝數(shù)比。為此，請你計(jì)算：（1）降壓變壓器輸出的電流是多少？輸電線上通過的電流是多少？（2）輸電線上損失的電壓是多少？升壓變壓器輸出的電壓是多少？（3）兩個(gè)變壓器的匝數(shù)比各應(yīng)等于多少？1．下列關(guān)于減小遠(yuǎn)距離輸電導(dǎo)線上熱損耗的說法中，正確的是（）A．因?yàn)闊峁β?，所以?yīng)降低輸送電壓，增大輸電導(dǎo)線電阻，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗B．因?yàn)闊峁β蔖＝IU，所以應(yīng)采用低電壓、小電流輸電，才能減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗C．因?yàn)闊峁β蔖＝I2R，所以可采用減小輸電線電阻或減小輸送電流的方法來減小輸電導(dǎo)線上的熱損耗D．以上說法均不正確C2．如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖，若發(fā)電機(jī)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(shè)備消耗的功率無關(guān)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．升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D．當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時(shí)，輸電線上損失的功率增大D3．照明供電線路的路端電壓基本上是保持不變的，可是我們在晚上七八點(diǎn)鐘用電高峰時(shí)開燈，點(diǎn)燈比深夜時(shí)要顯得暗些，這是因?yàn)榇藭r(shí)（）A．總電阻比深夜時(shí)大，干路電流小，每盞燈分到的電壓就小B．總電阻比深夜時(shí)大，干路電流小，每一支路的電流就小C．總電阻比深夜時(shí)小，干路電流大，輸電線上損失電壓大D．干路電流一定，支路比深夜多，輸電線上損失電壓大