1、学习目标：学习目标：1.知道知道“便于远距离输送便于远距离输送”是是电能的优点之一，知道输电过程电能的优点之一，知道输电过程2理解为什么远距离输电要用高压理解为什么远距离输电要用高压3知道输电线上电压和电功率的损失和知道输电线上电压和电功率的损失和如何减少损失如何减少损失重点难点：高压输电的原理及功率损耗重点难点：高压输电的原理及功率损耗计算计算易错问题：易错问题：1.在功率损失和电压损失的在功率损失和电压损失的计算中，易出现乱用物理量的现象计算中，易出现乱用物理量的现象2在远距离输电的过程分析中，易出现在远距离输电的过程分析中，易出现制约关系分析的错误制约关系分析的错误一、为什么要采用高压输
2、电一、为什么要采用高压输电1电功率损失：电流流过输电导线时，电功率损失：电流流过输电导线时，电流的热效应会引发电流的热效应会引发 的损失损失的的损失损失的电功率电功率P ，即在输电线路上由于发热而，即在输电线路上由于发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比因此，可以考虑通过减小输电线方成正比因此，可以考虑通过减小输电线 或减小输送或减小输送 来减少电能输送时的电功率来减少电能输送时的电功率损失损失基础知识梳理基础知识梳理电功率电功率I2R电阻电阻电流电流2电压损失：导线有电阻，输电线上电压损失：导线有电阻，输电线上损失损失(损失的电压损失的电压
3、UIR)，使得用电设，使得用电设备两端的电压比供电电压备两端的电压比供电电压 对于交流输电对于交流输电线路，线路，和和 (总称为电抗总称为电抗)也会造成也会造成电压损失在输送电功率不变的前提下，要电压损失在输送电功率不变的前提下，要减少电压损失，只能采取减少电压损失，只能采取 输电电流的方输电电流的方法法电压电压低低感抗感抗容抗容抗减小减小3高压输电：减小高压输电：减小 就要增粗导线，增粗就要增粗导线，增粗导线又带来两个不利：其一，耗费更多的金属材导线又带来两个不利：其一，耗费更多的金属材料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压损料；其二，会使电抗更大，造成更大的电压损失只有失只有 输电电流才会
4、避免上述问题由输电电流才会避免上述问题由PUI可知，在保证输送电功率可知，在保证输送电功率P不变的情况下，必不变的情况下，必须提高输送须提高输送 ，才能减小电流，才能减小电流I.输送一定功率输送一定功率的电能，输送电压越高，输电线中电流越小，导的电能，输送电压越高，输电线中电流越小，导线因发热而损耗的电能就越线因发热而损耗的电能就越 ，输送线路中电压，输送线路中电压的损失也就越的损失也就越 电阻电阻减小减小电压电压U少少小小输电电压和输电线上损失的电压一样吗？输电电压和输电线上损失的电压一样吗？思考二、高压交流输电二、高压交流输电1在发电站内要使用在发电站内要使用 ，将电，将电压提升，然后向远
5、处送电；到达目的地后，根压提升，然后向远处送电；到达目的地后，根据不同的需求再用据不同的需求再用 ，经，经23次降压，次降压，才输送给用户才输送给用户2现代供电系统把许多发电站连为一体，现代供电系统把许多发电站连为一体，构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的每构成庞大的交流输电网，这就要求电网中的每台发电机发出的交流电并网时必须做到同步，台发电机发出的交流电并网时必须做到同步，即交变电流的即交变电流的 必须相同并联输电线中的必须相同并联输电线中的交变电流的交变电流的 必须相同必须相同升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器频率频率相位相位三、高压直流输电三、高压直流输电1高压直流输电系统主要由
6、高压直流输电系统主要由 、直、直流线路和流线路和 三部分构成实际上直流输电三部分构成实际上直流输电系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用系统只在输电这个环节是直流，发电环节和用电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线电环节仍是交流，输电过程中只用两根导线整流站整流站逆变站逆变站2在电能的传输方面，高压直流输电比在电能的传输方面，高压直流输电比高压交流输电有许多优越性：第一，使用的输高压交流输电有许多优越性：第一，使用的输电线材料方面直流比交流可以节省电线材料方面直流比交流可以节省 ，电杆，电杆塔结构也比交流电简单且省地；第二，稳定的塔结构也比交流电简单且省地；第二，稳定的直流输电不存在直流输电
7、不存在 引起的损耗；第引起的损耗；第三，不需考虑电网中的各台交流发电机的三，不需考虑电网中的各台交流发电机的 运行问题虽然优点多多，但在换流设备的制运行问题虽然优点多多，但在换流设备的制造、价格等方面还存在问题造、价格等方面还存在问题1/3感抗和容抗感抗和容抗同步同步注意注意：(1)为了降低输电过程中的损耗，远为了降低输电过程中的损耗，远距离输电必须采取高压输电，无论是高压交流距离输电必须采取高压输电，无论是高压交流输电还是高压直流输电，都有其优点与缺点输电还是高压直流输电，都有其优点与缺点(2)高压直流输电或高压交流输电都以高压直流输电或高压交流输电都以“提提高输电电压，减小输电电流高输电电
8、压，减小输电电流”为目的，这一点为目的，这一点与欧姆定律并不矛盾与欧姆定律并不矛盾一、输电过程中的电损问题分析一、输电过程中的电损问题分析1输电线路上的电压损失及减小方法输电线路上的电压损失及减小方法输电电路如图输电电路如图431所示，设发电厂所示，设发电厂输送的电压为输送的电压为U，用电设备两端实际获得的，用电设备两端实际获得的电压为电压为U，则输电导线电阻，则输电导线电阻r两端电压两端电压UIr，则用户得到的电压为，则用户得到的电压为UUU，即，即UUU是导线中的电压损失是导线中的电压损失核心要点突破核心要点突破图图431据据UIr可知，减小输电线路上电压损失可知，减小输电线路上电压损失的
9、方法主要有两种：的方法主要有两种：(1)减小输电线路电阻减小输电线路电阻r用增大输电导线横截面积来减小电阻，对用增大输电导线横截面积来减小电阻，对低压照明电路有效；在高压线路中，因容抗和低压照明电路有效；在高压线路中，因容抗和感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大，故感抗造成的电压损失比电阻造成的还要大，故这种方法对高压输电效果不佳这种方法对高压输电效果不佳2输电线路上的功率损失及减小方法输电线路上的功率损失及减小方法由于输电导线有电阻，在输电过程中必有由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉，设输电导一部分电能要转化成热能而损失掉，设输电导线中电流为线中电流为I，输电
10、导线的电阻为，输电导线的电阻为r，则输电导，则输电导线上的功率损失为线上的功率损失为PI2r.又设用电设备获得功率为又设用电设备获得功率为P，则功率损失，则功率损失也可表示为也可表示为PPP.据据PI2r可知，减小输电线路上功率损可知，减小输电线路上功率损失的方法主要有两种：失的方法主要有两种：减小输电线长度减小输电线长度L：由于输电距离一定，：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小所以在实际中不可能用减小L来减小来减小r.减小电阻率减小电阻率：目前一般用电阻率较小：目前一般用电阻率较小的铜或铝做导线材料的铜或铝做导线材料增大导线的横截面积增大导线的横截面积S：这要多耗费金：这要多耗费金属
11、材料，增加成本，同时给输电线的架设带来属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难很大的困难1掌握掌握U和和U线线的区别，的区别，U是输电电压，是输电电压，U线线是输电导线上的电压损失是输电导线上的电压损失2高中阶段的计算中，只考虑输电线电高中阶段的计算中，只考虑输电线电阻所造成的电压损失，而忽略因容抗、感抗造阻所造成的电压损失，而忽略因容抗、感抗造成的电压损失，也就是把输电导线当成纯电阻成的电压损失，也就是把输电导线当成纯电阻电路处理电路处理特别提醒特别提醒二、电能的远距离传输过程分析二、电能的远距离传输过程分析1输电过程输电过程(如图如图432所示所示)电路被划分为三个独立的回路，在
12、每个回电路被划分为三个独立的回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可以应用闭合电路欧姆定律，串、并联电路规可以应用闭合电路欧姆定律，串、并联电路规律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系律，而变压器的电压、电流、功率关系是联系不同回路的桥梁不同回路的桥梁图图4321抓住输电的两头抓住输电的两头电源和用电器；分析电源和用电器；分析一条线一条线输电线；研究两次电压变换输电线；研究两次电压变换升压升压变压器和降压变压器变压器和降压变压器2用户消耗的功率决定输入功率，
13、即用户和用户消耗的功率决定输入功率，即用户和线路总共消耗多少功率，发电站就输入多少功率，线路总共消耗多少功率，发电站就输入多少功率，后者不可能大于前者，也不可能小于前者，这是后者不可能大于前者，也不可能小于前者，这是由能量守恒定律决定的由能量守恒定律决定的3在涉及变压器的电能输送问题中，要弄清在涉及变压器的电能输送问题中，要弄清楚输电线电阻楚输电线电阻R线线上的电压上的电压U损损的含义，它既不是升的含义，它既不是升压变压器的输出电压压变压器的输出电压U输输，也不是降压变压器的输，也不是降压变压器的输入电压入电压U.U损损等于等于IR线线，还等于，还等于U输输与与U的差即的差即U损损IR线线U输
14、输U.特别提醒特别提醒某变电站用某变电站用220 V的电压送电，导线损的电压送电，导线损失电功率为输送功率的失电功率为输送功率的20%，若要使导线损，若要使导线损失的电功率降为输送功率的失的电功率降为输送功率的5%，则输送电，则输送电压应为多少？压应为多少？【思路点拨思路点拨】在输送的电功率一定的在输送的电功率一定的前提下，通过提高输送的电压，可以减小输前提下，通过提高输送的电压，可以减小输电导线中的电流，进而减少输电导线损失的电导线中的电流，进而减少输电导线损失的电功率电功率课堂互动讲练课堂互动讲练电损的计算电损的计算【答案答案】440 V【点评点评】远距离输电中，必须区分输电远距离输电中，
15、必须区分输电电压及输电导线上的损失电压，输电导线损失电压及输电导线上的损失电压，输电导线损失功率就是由于其电阻功率就是由于其电阻R发热损失的功率，计算发热损失的功率，计算时要紧扣时要紧扣P损损I2R去思考去思考1远距离输送一定功率的交流电，若输远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列说法正确的是电线电阻一定，下列说法正确的是()A输电线上的电压损失跟输电电压成输电线上的电压损失跟输电电压成正比正比B输电线上的功率损失跟输电电压成输电线上的功率损失跟输电电压成正比正比C输电线上的功率损失跟输电电压的输电线上的功率损失跟输电电压的平方成反比平方成反比D输电线上的功率损失跟输电线上的输电线
16、上的功率损失跟输电线上的电压损失的平方成正比电压损失的平方成正比发电机的端电压发电机的端电压220 V，输出电功率，输出电功率44 kW，输电导线的电阻为，输电导线的电阻为0.2，如果用初、次，如果用初、次级匝数之比为级匝数之比为1 10的升压变压器升压，经输的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为电线后，再用初、次级匝数比为10 1的降压的降压变压器降压供给用户变压器降压供给用户(1)画出全过程的输电线路示意图画出全过程的输电线路示意图(2)求用户得到的电压和功率求用户得到的电压和功率【思路点拨思路点拨】远距离输电问题，先画出远距离输电问题，先画出示意图，抓住功率、电压、电流、电阻
17、之间的示意图，抓住功率、电压、电流、电阻之间的关系，列出相应方程，然后求解关系，列出相应方程，然后求解远距离输电问题的分析远距离输电问题的分析【解析解析】(1)输电线路示意图如图输电线路示意图如图433所示所示输电线路上的电压损失和功率损失分别为输电线路上的电压损失和功率损失分别为URI2R，PRI22R代入数据得代入数据得UR4 V，PR80 W加到降压变压器初级上的输入电流和电压为加到降压变压器初级上的输入电流和电压为I3I220 AU3U2UR2200 V4 V2196 V降压变压器次级的输出电流和电压为降压变压器次级的输出电流和电压为【答案答案】(1)见解析见解析(2)219.6 V4
18、.392104 W【点评点评】对电能输送问题应按顺序分步对电能输送问题应按顺序分步推进，或按推进，或按“发电发电升压升压输电线输电线降压降压用用电器电器”的顺序，或从的顺序，或从“用电器用电器”倒推到倒推到“发电发电”一一步一步进行分析注意升压变压器副线圈中的步一步进行分析注意升压变压器副线圈中的电流、输电线上的电流、降压变压器原线圈中电流、输电线上的电流、降压变压器原线圈中的电流三者相等的电流三者相等2某电厂要将电能输送到较远的用户，某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为输送的总功率为9.8104 W，电厂输出电压，电厂输出电压仅为仅为350 V，为减少输送功率损失，先用一升，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，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输电线路的总电阻为4，允许损失的功率为，允许损失的功率为输送功率的输送功率的5%，求用户所需电压为，求用户所需电压为220 V时，时，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？是多少？解析解析：依题意画出远距离输电的电路如图：依题意画出远距离输电的电路如图所示所示答案答案：1 812 1随堂达标自测随堂达标自测课时活页训练课时活页训练
