第三章電能的輸送2應(yīng)用理想變壓器、電路知識對簡單的遠距離輸電線路進行定量計算。1理解遠距離輸電線上的能量損失與哪些因素有關(guān)。重難點3了解交變電流從發(fā)電站到用戶的輸電過程。難點重點降低輸電損耗的兩個途徑為了合理的利用能源，發(fā)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(fā)電站很遠，這就需要輸送電能。陽江核電站三峽水電站如圖所示，假定輸電線路中的電流是I，用戶端的電壓是U，兩條導(dǎo)線的總電阻是r。在圖中，導(dǎo)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，如果輸電線路的電阻減為原來的一半，輸電線路上損失的功率變?yōu)樵瓉淼亩嗌?？在輸電線路電阻一定的情況下，如果輸電電流減為原來的一半，輸電線路上損失的功率變?yōu)樵瓉淼亩嗌伲?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。(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？

P＝UI1.輸送電能的基本要求供電線路(1)可靠：指保證

可靠地工作，故障少。(2)保質(zhì)：保證電能的質(zhì)量——

和

穩(wěn)定。(3)經(jīng)濟：指輸電線路建造和運行的費用

，電能損耗

。電壓頻率低少2.輸電線路的電壓損失U

ΔU3.輸電線路的功率損失(1)遠距離輸電時，輸電線有電阻，電流的熱效應(yīng)引起功率損失，損失的電功率ΔP＝I2r。U

ΔU4.減小電壓、功率損失的方法減小r減小I

P損=I2r(1)減小輸電線的電阻

：①減小材料的電阻率ρ用銅或鋁②可適當增大導(dǎo)線橫截面積S有一定限度用于遠距離輸電的鋼芯鋁絞線(2)提高輸電電壓U，減小輸電電流I(1)輸電線上損失的電功率，與輸電線的電阻成正比，與輸電線電流的平方成正比。(

)(2)由P＝

可知，輸電電壓越小，輸電線上損失的電功率就越小。(

)√×1.三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？(2)在(1)情況下，某處與電站間每根輸電線的電阻為10Ω，則輸電線上損失的功率為多少？它與輸出功率的比值是多少？(3)若將輸出電壓升高至50萬伏，輸電線上的電流為多少？某處與電站間每根輸電線的電阻仍為10Ω，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？(2)輸電線上損失的功率ΔP＝I2·2r＝25002×2×10W＝1.25×108W輸電線上損失的功率ΔP′＝I′2·2r＝10002×2×10W＝2×107W2.(多選)(2020·全國卷Ⅱ)特高壓輸電可使輸送中的電能損耗和電壓損失大幅降低。我國已成功掌握并實際應(yīng)用了特高壓輸電技術(shù)。假設(shè)從A處采用550kV的超高壓向B處輸電，輸電線上損耗的電功率為ΔP，到達B處時電壓下降了ΔU。在保持A處輸送的電功率和輸電線電阻都不變的條件下，改用1100kV特高壓輸電。輸電線上損耗的電功率變?yōu)棣′，到達B處時電壓下降了ΔU′。不考慮其他因素的影響，則√√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(fā)熱而消耗的功率。兩者關(guān)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(jié)②P損＝ΔP＝

，ΔU為輸電線路上損失的電壓，R線為線路電阻。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(yīng)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。電網(wǎng)供電及遠距離高壓輸電過程的分析與計算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伏某發(fā)電機兩端的電壓為220V，輸出功率為44kW，通過原、副線圈匝數(shù)比為1∶10的升壓變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線的總電阻為0.2Ω，在用戶端再用原、副線圈匝數(shù)比為10∶1的降壓變壓器降壓供給用戶，兩個變壓器均為理想變壓器。(1)畫出全過程的線路示意圖。(2)升壓變壓器副線圈兩端的輸出電壓U2＝______＝______V。由理想變壓器的功率關(guān)系：________升壓變壓器副線圈的輸出電流I2＝____＝____A。輸電線上的功率損耗P損＝_______＝___W。電壓損失U損＝_____＝___V。2200P入＝P出20I22R線80I2R線4所以降壓變壓器原線圈的輸入電壓和輸入電流分別為U3＝________＝______VI3＝___＝____A。U2－U損2196I220降壓變壓器副線圈的輸出電壓和輸出電流分別為U4＝_____＝______VI4＝______＝______A。用戶得到的功率為P4＝_____＝___________W。219.6200U4I44.392×1041.遠距離輸電的基本原理：在發(fā)電站內(nèi)用

變壓器升壓，然后進行遠距離輸電，在用電區(qū)域通過

變壓器降到所需的電壓。2.電網(wǎng)：通過網(wǎng)狀的輸電線、

，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

。3.電網(wǎng)輸電的優(yōu)點(1)降低一次能源的運輸成本，獲得最大的

。(2)減小斷電的風(fēng)險，調(diào)劑不同地區(qū)

的平衡。(3)合理調(diào)度電力，使

的供應(yīng)更加可靠，質(zhì)量更高。升壓降壓變電站網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟效益電力供需電力4.解決遠距離高壓輸電問題的基本方法(1)首先應(yīng)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(yīng)位置。U1I1(2)理清三個回路：回路1：P1＝

，回路2：U2＝

，P2＝ΔP＋P3＝I22R線＋P3，I2＝I3回路3：P4＝

。ΔU＋U3U4I4(3)常用關(guān)系①功率關(guān)系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4。④輸電電流：I線＝____＝____＝____。⑤輸電線上損耗的電功率：⑥輸電線上的電壓損失：ΔU＝

＝

。⑦輸電效率η＝___×100%。I線R線U2－U3(1)使用變壓器進行遠距離輸電，用戶得到的電壓可以高于發(fā)電機輸出的電壓。(

)(2)遠距離輸電時，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。(

)√×[觀察與思考]中，若不經(jīng)過變壓而直接送給用戶，求用戶得到的電壓和功率。若直接給用戶供電，線路示意圖如圖所示輸電線路上的電壓損失ΔU′＝I′R線＝200×0.2V＝40V所以用戶得到的電壓U2′＝U1－ΔU′＝220V－40V＝180V用戶得到的功率為P′＝U2′I′＝180×200W＝3.6×104W。3.(多選)(2023·湖北黃岡市高二期末)某小型水電站交流發(fā)電機的輸出電壓為400V，先經(jīng)升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)總阻值為R＝2Ω的輸電線向遠端用戶輸電，用戶端用降壓變壓器將電壓降到220V供用戶使用。若用戶的用電功率為19.8kW，輸電線R上損耗的功率為0.2kW，已知變壓器均為理想變壓器，其他電阻不計。下列說法正確的是A.通過輸電線的電流I2＝10AB.降壓變壓器的輸入電壓U3＝2000VC.升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝1∶5D.降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n3∶n4＝10∶1√√4.(2023·山東菏澤市高二期末)風(fēng)力發(fā)電機的工作原理可以簡化為如圖所示的模型：風(fēng)輪通過齒輪箱帶動矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電流，并通過變壓器和遠距離輸電線路給用戶供電。若發(fā)電機的矩形線圈處于磁感應(yīng)強度大小為B＝

的水平勻強磁場中，線圈面積S＝0.5m2、匝數(shù)N＝200匝、電阻不計。線圈繞垂直于磁場的水平軸勻速轉(zhuǎn)動，其輸出端通過電刷與升壓變壓器的原線圈相連，提供電壓U1＝250V，降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為5∶1，降壓變壓器的副線圈連接用戶，兩變壓器間的輸電線總電阻R＝20Ω，兩變壓器均為理想變壓器。若用這個供電設(shè)備給某學(xué)校供電，該校需要工作電壓220V、電功率11kW。求：(1)線圈繞軸的轉(zhuǎn)速n；答案

(1)25r/s(2)輸電線上損失的電壓ΔU；(3)升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2；(4)發(fā)電機的輸出功率P1。答案(2)200V

(3)5∶26

(4)13kW

(1)由題意可知解得ω＝50πrad/s因為n3∶n4＝5∶1，U4＝220V，I4＝50A所以U3＝5U4＝1100V，I3＝10A輸電線損失電壓ΔU＝I3·R＝200V(3)升壓變壓器電壓關(guān)系U2＝ΔU＋U3＝1300V，n1∶n2＝U1∶U2＝5∶26(4)發(fā)電機輸出功率P1＝ΔP＋P＝I32R＋P＝13kW5.(2023·浙江省普高強基聯(lián)盟月考)如圖所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，輸出端通過理想升壓變壓器和降壓變壓器給遠處用戶供電。升壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U1和U2，降壓變壓器原、副線圈兩端的電壓分別為U3和U4，若線圈電阻忽略不計，則下列說法正確的是A.圖示狀態(tài)，U1＝NBSωB.若僅把線圈的角速度ω增大一倍，輸

電線上損耗的功率也會增大一倍C.若保持發(fā)電機輸出功率一定，僅將滑

片P上移，用戶得到的功率會減小D.若僅增加用戶數(shù)，為維持用戶電壓U4一定，可將滑片Q下移√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(yīng)按“發(fā)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(fā)電機一步一步地進行分析。2.遠距離輸電問題的四個關(guān)鍵(1)畫出一個模型——遠距離輸電模型(2)抓住輸電的兩端——發(fā)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(yīng)，防止張冠李戴而出錯。電能的輸送降低輸電