3.4电能的输送条件课件—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（35张PPT）

3.4 电能的输送
一、变压器的构造及主要参数。
二、变压器的工作原理：
1、互感现象：变压器只能改变交流电的电压和电流
2、能量转化：电能→磁场能→电能
3、理想变压器功率：
P入＝P出
三、理想变压器的变压、变流规律：
我国很多发电厂建在能源聚集的西部地区 , 而用电量大的城市多在东部沿海地区。从发电厂到用电量大的区域的远距离输电中，如何减少电能的损耗？
远距离输电为什么要用高电压？
一、降低输电损耗的两个途径
1、电能的突出优点
便利性：便于远距离输送
2、输送电能的基本要求
可靠：保证供电线路可靠地工作,少有故障和停电
保质：保证电能的质量（电压和频率稳定）
经济：输电线路建造和运行的费用低,电能损耗小
1、电压损失
2、电功率损失
用电设备
U
U损
~
U用
P
R
P损
发电厂
输电电流
I=_______;
电压损失
U损=_______;
功率损失
P损=_______;
用户得到
P用=_______;
用户得到
U用=_______;
1.怎样计算输电线路损失的功率?
2.在输电电流一定的情况下,如果线路的电阻减为原来的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一? 在线路电阻一定的情况下,如果输电电流减为原来的一半,线路上损失的功率减为原来的几分之一?
3.通过第2步的两项计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？
4.怎样计算用户消耗的功率P用？
如果输送的电功率为P，输送电压为U，输电线的总长度为L，横截面积为S，电阻率为ρ。则输电线损耗功率为多少呢？
则功率损耗为可表示为：
如何减少电能损失?
(1)减小输电线电阻R
(2)减小输电电流I
途径一、减小输电线电阻R：
①减小材料的电阻率ρ：
用铜或铝
②减小输电线的长度L：
不可行
③可适当增大导线横截面积S.
有一定限度
途径二、提高输电电压，减小输电电流I
提高输电电压U：
输电电压也不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能的要求就越高，线路修建费用就会增多。输电电压越高，变压器上的电压也越高，对变压器的要求也相应提高。实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率的大小、距离的远近、技术和经济要求等，依照不同情况选择合适的输电电压。
说明
典例精析
下列说法正确的是（　　）
A．方向不变、大小随时间变化的电流是交变电流
B．交变电流的峰值一定是其有效值的2倍
C．远距离输电时，可通过减小输电线的电阻来降低输电损耗
D．理想变压器原、副线圈中通过的交变电流的频率之比等于原、副线圈的匝数之比
?
解析：A、方向随时间变化的电流是交变电流，故A错误；
B、只有对正弦交流电来说，有效值与峰值的关系才是2倍的关系，故B错误；
C、远距离输电的输电损耗功率P损＝I2R线，所以可以通过减小输电线的电阻以及输电线中的输送电流来减小输电损耗，故C正确；
D、变压器改变的是电压的大小，不改变电流的频率，故D错误。
故选：C。
?
变式训练
远距离输电原理图如图所示，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，当k由2改接为1时，下列说法正确的是（　　）
A．电压表读数增大
B．电流表读数减小
C．灯泡的实际功率在减小
D．输电线上损失的功率减小
【解析】解：设升压变压器的输入电压为U1，输出电压为U2，降压变压器的输入电压为U3，输出电压为U4。
A、k由2改接为1时，升压变压器的副线圈匝数变大，其中U1不变，根据变压比可知U2变大，相应的U3和U4都变大，电压表的示数为U4，则电压表示数增大，故A正确；
B、因为U4变大，根据欧姆定律可知降压变压器的输出电流增大，根据变流比可知降压变压器的输入电流也变大，即电流表示数变大，故B错误；
C、灯泡两端电压增大，所以灯泡消耗的功率变大，故C错误；
D、由上面的B分析可知，输电线上的电流变大，所以输电线上消耗的功率变大，故D错误。故选：A。
技法点拨：
1、电能的突出优点
便利性：便于远距离输送
2、输送电能的基本要求
可靠：保证供电线路可靠地工作,少有故障和停电
保质：保证电能的质量（电压和频率稳定）
经济：输电线路建造和运行的费用低,电能损耗小
二、电网供电
输电简易图
10千伏
几百千伏
100千伏左右
10千伏左右
220伏
二、电网供电　
1
4
2
2
3
U
U
U
U
R
I
F
用
线

r
I1
I3
I4
n1
n2
n3
n4
P1
P2
P3
P4
U损
P损
升压变压器
降压变压器
功率关系：
P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3
1
4
2
2
3
U
U
U
U
R
I
F
用
线

r
I1
I3
I4
n1
n2
n3
n4
P1
P2
P3
P4
U损
P损
升压变压器
降压变压器
电压关系：
1
4
2
2
3
U
U
U
U
R
I
F
用
线

r
I1
I3
I4
n1
n2
n3
n4
P1
P2
P3
P4
U损
P损
升压变压器
降压变压器
电流关系：
1
4
2
2
3
U
U
U
U
R
I
F
用
线

r
I1
I3
I4
n1
n2
n3
n4
P1
P2
P3
P4
U损
P损
升压变压器
降压变压器
输电电流：
1
4
2
2
3
U
U
U
U
R
I
F
用
线

r
I1
I3
I4
n1
n2
n3
n4
P1
P2
P3
P4
U损
P损
升压变压器
降压变压器
损耗功率：
现在世界各国都不采用一个电厂与一批用户的“一对一”的供电方式，而是通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络，这就是电网。
什么是电网供电？
1、次能源产地使用大容量的发电机组，降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益；
2、可以减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡；
3、可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力。
电网供电有什么好处？
输电技术的发展
1882年，一个法国工程师修建了第一条远距离输电电路，将一个水电站发出的电送到57 km之外的慕尼黑；
1882年，爱迪生在美国修建了第一个电力照明系统；每隔3 km 左右就要建立一个发电厂，否则灯泡因电压过低而不能发光；
1891 年，德国建成170 km 的1530 kV 的高压输电线路，效率高达70% 80%。1893年，国修建尼亚加拉水电站时，经过反复论证，决定采用交流供电系统。
现代，直流输电技术。在送电端有专用的“整流”设备将交流变换为直流，在用户端也有专用的“逆变”设备再将直流变换为交流。
1909至1912年，美国、德国建造100 kV的高压输电线路，从此高压输电技术迅速普及。
思考：为什么要使用直流输电技术呢？
长距离输电时，线路上的电容、电感对交变电流的影响也不能忽略，有时它们引起的电能损失甚至大于导线电阻引起的电能损失，为了减少感抗和容抗，在输电这个环节可以使用直流。直流输电需要专门的“整流设备”与“逆流设备”。
典例精析
远距离输电要采用（　　）
A．低压输电 B．高压输电 C．强电流输电 D．弱电流输电
解：在远距离输送电能时，输电线路上的电能损失主要是电流的热效应而产生的，根据Q=I2Rt可知，在导线电阻不变的情况下，电流越小，输电线上的电能损失就越小。
而如何减小电流呢？
根据电功率的计算公式P=UI可知，在输送电功率一定时，要减小电流可以增大电压。即高压输电。
故选：B。
变式训练
下列说法正确的是（　　）
A．在硅钢中不能产生涡流
B．涡流有热效应，但没有磁效应
C．在电能输送过程中，若输送的电功率和输电电压一定，使用同种材料的导线时，越细的导线损失的电压越小
D．在电能输送过程中，若输送的电功率和输电线电阻一定，输电线上损耗的电功率和输送电压的二次方成反比
解：A、导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，硅钢时导体，当硅钢中的磁场发生变化时会在硅钢内产生涡流，故A错误。
B、涡流有热效应，也有磁效应，故B错误。
C、在电能输送过程中，若输送的电功率和输电电压一定，输电电流I一定，使用同种材料的导线时，越细的导线电阻R越大，损失的电压U=IR越大，故C错误。
D、在电能输送过程中，若输送的电功率P和输电线电阻R一定，输电线上损耗的电功率：P损＝I2R＝（????????）2R＝????2????????2，损耗的电功率和输送电压U的二次方成反比，故D正确。
故选：D。
?
为了减少功率损失和电压损失，在保证一定输送功率的前提下，可以通过提高输电电压来减小输电电流。但并不是电压越高越好。因为电压越高，对输电线绝缘的要求就越高，费用也越高。实际输电时，要综合考虑各种因素。
技法点拨：
二、降低输电损耗的两个途径
三、远距离输电原理图
一、电能的输送
输送电能的基本要求
可靠、保质、经济
1)减小输电线电阻R
2)减小输电电流I
再见