資源簡介

6
第三章　交變電流
電能的輸送
學習目標
2
知道遠距離輸電時輸電線上的功率損失與哪些因素有關，理解高壓輸電的原理.
1
了解遠距離輸電的基本要求及電網供電的優點，并能設計基本的供電框架圖.
重難點
3
知道降低輸電損耗的兩個途徑，能分析計算高壓輸電的損耗情況.
難點
電能的輸送
為了合理的利用能源，發電站要建在靠近能源的地方。而用電的地方卻很多， 有的地方離發電站很遠，這就需要輸送電能。
陽江核電站
三峽水電站
1.用導線把電源和用電設備連起來，就可以輸送電能了，這是電能輸送的一個優點.
2.輸送電能的基本要求：可靠、保質、經濟.
可靠：是指保證供電線路可靠地工作，故障少.
保質：就是保證電能的質量，即電壓和頻率穩定.
經濟：是指輸電線路建造和運行的費用低，電能損耗少.

降低輸電損耗的兩個途徑
假定輸電線路中的電流是I，用戶端的電壓是U，兩條導線的總電阻是r.在圖中，導線的電阻集中畫為一個電阻r.
(1)怎樣計算輸電線路損失的功率？
P損＝I2r
(2)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，線路上損失的功率變為原來的多少？在線路電阻一定的情況下，如果輸電電流減為原來的一半，線路上損失的功率變為原來的多少？
(3)通過第(2)問的兩項計算，你認為哪個途徑對于降低輸電線路的損耗更有效？
由第(2)問可知，減小電流對降低輸電線路的損耗更有效.
由P損＝I2r可知，I不變，r減半，P損變為原來的12??；
由P損＝I2r可知，r不變，I減半，P損變為原來的14 .
?
(4)怎樣計算用戶消耗的功率P？
在保證用戶的電功率不變的前提下，怎樣才能減小輸電電流？
由P＝UI得I＝PU，在電功率不變的前提下，升高電壓，可減小輸電電流.
?
P＝UI
降低輸電損耗的兩個途徑
(1)減小輸電線電阻r
(2)減小輸電線中的電流I
P損=I2r
途徑一 減小輸電線電阻r：
①減小材料的電阻率ρ：
用銅或鋁
②可適當增大導線橫截面積S.
有一定限度
用于遠距離輸電的鋼芯鋁絞線
途徑二 提高輸電電壓U，減小輸電電流I
電功率P一定，輸電線電阻r一定時，輸電電壓提高到原來的n倍，輸電電流可減為原來的1????，輸電線上的功率損耗減為原來的1????2.
?
P損=I2r=（????????）2 r
?
降低輸電損耗的兩個途徑
以下是一段關于輸電線損失功率的推導.
將電能從發電站送到用戶，在輸電線上會損失一部分功率，設輸電電壓為U，則功率損失為P損＝UI，而U＝Ir，由兩式得P損＝ .要減小功率損失，就應當用低壓送電和增大輸電線的電阻r，這段推導錯在哪里？請寫出正確的推導過程.
答案　公式P損＝UI和U＝Ir都是錯誤的，U是輸電電壓，而非輸電線上的電壓.
1.(多選)某發電廠原來用11 kV的交流電壓輸電，后來改用升壓變壓器將電壓升高到220 kV輸電，輸送的電功率都是P，若輸電線路的電阻為R，則下列說法中正確的是
√
√
2.三峽電站某機組輸出的電功率為50萬千瓦.
(1)若輸出的電壓為20萬伏，則輸電線上的電流為多少？
答案　2 500 A
(2)某處與電站間輸電線的總電阻為20歐，則在(1)情況下，輸電線上損失的功率為多少？它與輸出功率的比值是多少？
輸電線上損失的功率：P損＝I2R＝2 5002×20 W＝1.25×108 W,
(3)若將輸出電壓升高至50萬伏，輸電線上的電流為多少？輸電線上損失的功率又為多少？它與輸出功率的比值是多少？
輸電線路功率損失的四種計算方法
(1)輸送功率是指升壓變壓器輸出的功率，損失功率是指由于輸電線發熱而消耗的功率.兩者關系是P損＝P－P′(P為輸送功率，P′為用戶所得功率).
(2)除了利用P損＝P－P′計算輸電線路上的功率損耗外，還可用下列方法計算：
①P損＝I線2R線，I線為輸電線路上的電流，R線為線路電阻.
歸納總結
③P損＝ΔU·I線，ΔU為輸電線路上損失的電壓，I線為線路上的電流.
在遠距離輸電問題中，計算線路功率損耗時應用P損＝I2R線，其原因是I線
可以由公式P輸出＝I線U輸出求出，而P損＝ΔU·I線和P損＝ 則不常用，其原因是在一般情況下，ΔU不易求出，且易將ΔU和U輸出相混而造成錯誤.
遠距離高壓輸電電路中的各種關系
遠距離輸電過程示意圖
10千伏
幾百千伏
100千伏左右
10千伏左右
220伏/380伏
解決遠距離高壓輸電問題的基本方法
1.首先應畫出遠距離輸電的電路圖(如圖)，并將已知量和待求量寫在電路圖的相應位置.
2.理清三個回路
回路1：P1＝U1I1
回路2：U2＝ΔU＋U3，P2＝ΔP＋P3＝I22R線＋P3，I2＝I3
回路3：P4＝U4I4.
________
____
____
3.常用關系
(1)功率關系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4.
(5)輸電線上損耗的電功率：
(4)輸電電流：I線＝_____＝_____＝_____.
(6)輸電線上的電壓損失：ΔU＝I線R線＝U2－U3.
(7)輸電效率η＝___×100%.
3.(2022·興義市月考)發電機的輸出電壓為220 V，輸出功率為44 kW，輸電導線的總電阻為0.2 Ω，用原、副線圈匝數之比為1∶10的升壓變壓器升壓，經輸電線后，再用原、副線圈匝數之比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶(設兩個變壓器均為理想變壓器).根據給出的全過程的線路示意圖，求：
(1)輸電導線上的電流I；
答案　20 A
根據理想變壓器原、副線圈電壓與匝數成正比得：
(2)輸送過程中損失的電壓ΔU；
答案　4 V
輸電線上損失的電壓為：ΔU＝IR＝20×0.2 V＝4 V
(3)用戶得到的電壓U4；
答案　219.6 V
降壓變壓器輸入電壓為：U3＝U2－ΔU＝2 200 V－4 V＝2 196 V，
根據理想變壓器原、副線圈電壓與匝數成正比用戶得到的電壓為：
(4)用戶得到的功率P4；
答案　43 920 W
輸送過程中損失的功率為：ΔP＝I2R＝400×0.2 W＝80 W.
用戶得到的功率為：P4＝P－ΔP＝44 000 W－80 W＝43 920 W.
(5)若不經過變壓而直接送到用戶，用戶得到的電壓和功率.
答案　180 V　36 kW
則輸電線上損失的電壓U′＝I′R＝200×0.2 V＝40 V，
所以用戶得到的電壓U用＝U1－U′＝220 V－40 V＝180 V.
用戶得到的功率為P用＝P－I′2R＝44 000 W－2002×0.2 W＝36 kW.
4.(課本第67頁第5題改編)某個小水電站發電機的輸出功率為100 kW，發電機的電壓為250 V.通過升壓變壓器升高電壓后向遠處輸電，輸電線總電阻為8 Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為220 V.要求在輸電線上損失的功率控制為
5 kW(即用戶得到的功率為95 kW).為此，請你計算：
(1)畫出上述遠距離輸電原理簡圖.
答案　見解析圖
遠距離輸電原理簡圖如圖所示：
(2)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？
答案　432 A　25 A
(3)輸電線損失的電壓是多少？升壓變壓器輸出的電壓是多少？
答案　200 V　4 000 V
由歐姆定律可知：U損＝I2r＝25×8 V＝200 V，升壓變壓器輸出電壓U2為：
(4)兩個變壓器的匝數比各應等于多少？
答案　1∶16　190∶11
降壓變壓器原線圈兩端的電壓為：
U3＝U2－U損＝4 000 V－200 V＝3 800 V，
根據理想變壓器原、副線圈電壓與匝數的關系可知：
5.(多選)如圖所示為遠距離輸電示意圖，其中T1、T2為理想變壓器，輸電線總電阻可等效為電阻r，燈L1、L2相同且阻值不變.現保持變壓器T1的輸入電壓不變，滑片P位置不變，當開關S斷開時，燈L1正常發光.則下列說法正確的是
A.僅閉合開關S，燈L1會變亮
B.僅閉合開關S，r消耗的功率會變大
C.僅將滑片P下移，電流表的示數會變大
D.僅將滑片P下移，r消耗的功率會變小
√
√
僅閉合S，則消耗的功率增大，T2副線圈中電流變大，T2原線圈電流也變大，則r上損失的電壓和消耗的功率變大，則T2輸入電壓減小，燈L1兩端電壓減小，故燈L1會變暗，故A錯誤，B正確；
僅將滑片P下移，T1副線圈匝數變大，則T1輸出電壓變大，T2的輸入電壓變大，燈L1兩端電壓也變大，消耗功率變大，則T1輸入功率變大，原線圈中電流變大，電流表示數會變大，故C正確；
由上分析可知，T1理想變壓器原線圈中的電流變大，那么副線圈的電流也變大，故電阻r消耗的功率變大，故D錯誤.
遠距離輸電問題分析要點
1.分析遠距離輸電的思路
對遠距離輸電問題應按“發電機→升壓變壓器→遠距離輸電線→降壓變壓器→用電器”，或從用電器到發電機一步一步地進行分析.
2.遠距離輸電問題的四個關鍵
(1)畫出一個模型——遠距離輸電模型
(2)抓住輸電的兩端——發電機和用電器
(3)分析一條線——輸電線
(4)研究兩次電壓變換——升壓和降壓
3.注意各物理量的對應，防止張冠李戴而出錯。
電網供電
通過網狀的輸電線、變電站，將許多電廠和廣大用戶連接起來，形成全國性或地區性的輸電網絡，這就是電網.
1.什么是電網？
(1)可以降低一次能源的運輸成本，獲得最大的經濟效益.
(2)電網可以減小斷電的風險，調劑不同地區電力供需的平衡；
(3)可以合理地調度電力，使電力的供應更加可靠，質量更高.
2.電網供電的優點有哪些？
電能的輸送
降低輸電損耗的兩個途徑
減小輸電線電阻
減小輸電電流
遠距離輸電原理圖
常用關系

遠距離高壓輸電電路中的各種關系
電網供電
電壓損耗
輸電電流關系
功率關系
電功率損耗
電壓、電流關系
1.設輸電電流為I，輸電線的電阻為r，則輸電線上的功率損失為P損＝I2r.
2.降低輸電損耗的兩個途徑
途徑一：減小輸電線的電阻r，根據r＝___，可減小電阻率ρ，目前一般用電阻率較小的銅或鋁作為導線材料；也可增大導線的橫截面積S，但這要多耗費金屬材料，增加成本，同時給輸電線的架設帶來很大的困難.
途徑二：提高輸電電壓U，減小輸電電流I，由P損＝_____可知，輸送的電功率P一定，輸電線電阻r一定時，輸電電壓提高到原來的n倍，輸電電流可減為原來的__，輸電線上的功率損耗減為原來的___.
目標一 導學答案

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