人教版 (新课标)选修3选修3-2第五章 交变电流5 电能的输送教案

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电能的输送新知识课 3月4日教学目标：知识与技能：（1）知道“便于远距离输送”是电能的优点，知道输电过程。（2）知道什么是输电线上的功率损失和如何减少功率损失。（3）知道什么是输电导线上的电压损失和如何减少电压损失。（4）理解远距离输电要用高压。过程与方法：培养学生阅读、分析、综合和应用能力。情感、态度与价值观：（1）培养学生遇到问题要认真、全面分析的科学态度。（2）介绍我国远距离输电概况，激发学生投身祖国建设的热情。教学重点：找出影响远距离输电损失的因素，使学生理解高压输电可减少P与U损失。教学难点：理解高压输电原理，区别导线上的输电电压U和损失电压ΔU. 教学过程：新课导入：需要电能的地方分布很广，而电站相对来说比较集中，因此要把电站的电能向外输送，有的需要输送到很远的地方，这就涉及电能的输送问题。用导线把电源和用电设备连起来，就可以输送电能了，这是电能的一个突出优点。那么，电能在输送过程中要注意哪些问题呢？新课教学：输送电能的基本要求是：可靠、保质、经济。可靠，是指保证供电线路可靠地工作，少有故障。保质，就是保证电能的质量——电压和频率稳定。经济是指输电线路建造和运行的费用低，电能损耗小。我们重点讨论怎样减少输电过程中的电能损失。（一）输电线的功率损失：1、任何输电线都有电阻，存在功率损失。由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了。这是输电线上功率损失的主要原因。设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失为：设输送的电功率为P，输电电压为U，输电线的总长度为l，横截面积为S，电阻率为ρ，则输电电流为。输电一电阻为。输电线上的功率损失可表示为。2、减少功率损失的方法：（1）减少输电线的 R：①减小输电线长度：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小来减小R。②减小电阻率ρ：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料。③增大导线的横截面积S：这要多耗费金属材料，增加成本；同时输电线太重也会给架设工作带来很大的困难。实际上，有时即使把横截面积增大到什么惊人甚至做不到的程度，也不能把功率损失降低到要求的范围以内。我们可计算一下，把功率为200kW的电能用铝导线输送到10km以外的地方，要使功率损失为输送功率的10%，用110V的电压输电，导线的横截面积大约需要96000mm2，显然太粗。（2）减小输电电流：①减小输送功率P：在实际中不能以用户少用或不用电来达到减少损耗的目的。②提高输电电压U：在输送功率P一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输电线上的功率损失降为原来的1/n2倍。采用高压输电是减小输电线上功率损失最有效、最经济的措施。在上面的例子中，如果其他条件不变，把输电电压提高100倍，即用11kV的电压输电，导线的横截面积大约只需9.6 mm2。（二）输电线的电压损失：由于输电导线有电阻，电流通过输电导线时，会在线路上产生电势降，致使输电线路末端的电压U’比起始端电压U要低。这个差值为输电线的电压损失。1、电压损失：输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，；2、造成电压损失的因素：（1）输电线电阻造成电压损失。（2）输电线的感抗和容抗造成的电压损失。交流通过输电导线时，由于自感电动势阻碍电流的变化，会产生感抗。导线架在空中，和大地这一导体之间构成电容器，存在容抗。高中阶段计算时只考虑输电线电阻所造成的电压损失。3、减少输电线上电压损失的方法：（1）用增大输电导线的截面积来减小电阻，对低压照明电路有效，对高压输电线路效果不佳。（2）减小输电电流I：在输送电功率不变的情况下，提高输电电压是有效的措施。根据以上分析，采用高压输电，以减小输电线上的电流，是减小功率损失和电压损失最有效、最经济的措施。当时输电电压也不是越高越好，电压越高，对输电线绝缘的要求越高，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，如输送功率大小、距离远近技术和经济要求等，依照不同情况选择适合的输电电压。如果输送功率比较大，输电距离比较远，就要采用较高的电压输电。电压低了，势必要加大导线的横截面积。如果输送功率不太大，距离也不太长，就不必要用太高的电压输电。电压高了反而增加花在绝缘上的费用，而且导线因机械强度的限制又不能太细。目前我国远距离送电采用的电压有110kV、220kV和330kV，输电干线已经采用500 kV的超高压、西北电网的电压甚至达到750 kV。（三）电网供电：一般发电机组输出的电压在十千伏上下，不符合远距离送电的要求。因此，要在发电站内用升压变压器升压后再向远距离送电。到了用电区，先在“一次高压变电站”降到100kV左右，在更接近用户的地点再由“二次变电站”降到十千伏左右。然后，一部分电能送往需要高电压的工厂，另一部分送到低压变电站降到220V/380V，送给一般用户。发电厂→升压变压器→高压输电→降压变压器→用户现在采用的输电方式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。采用电网送电，可以在一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。电网可以减少断电的风险，调节不同地区电力供需的平衡，保证供电的质量。使用电网，可以根据火电、水电、核电的特点，合理地调度电力，这就使得电气化社会的主要能源——电力的供应更加可靠，质量更高。我国远距离高压输电的原理如下图所示：设发电机的输出功率为P，则功率损失为：用户得到的功率为电压损失为，则例1、在电能输送过程中，若输送电功率一定，则在输电线上的功率损失（ ACD ）A、随输电线电阻的增大而增大B、与输送电压的平方成正比C、与输电线上电压损失的平方成正比D、与输电电流的平方成正比【解析】输电线上的功率损失，电压损失，输电电流I=P/U，所以，可见功率P一定时，随R的增大而增大；与I2成正比；与成正比；与U2成反比。例2、发电机输出功率40kW，输出电压400V，用变压比（原、副线圈匝数比）为1：5的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5Ω，到达用户后再用变压器降为220V，求：（1）输电线上损失的电功率是多少？（2）降压变压器的变压比是多少？【解析】（1）发电机输出的电压为400V，经升压变压器后电压，由输电线上的功率损失（2）输电线上的电压损失=20×5V=100V，加在降压变压器原线圈上两端的电压， U4=220V。降压变压器的变压比例3、一台交流发电机的输出电压为250V，输出功率为100kW，向远处输电所用输出线的总电阻为8Ω，要使输电线上的功率损失不超过输送功率的5%，用户正好得到220V的电压，则供电处的升压变压器和用户的降压变压器原、副线圈的匝数比各是多少？【解析】升压变压器原线圈两端电压U1=250V，通过电流输电线的功率损失，降压变压器次级线圈电流（用户电流）升压变压器原、副线圈匝数比，降压变压器原、副线圈匝数比小结：这节课主要学习了：（1）输电导线上功率损失，电压损失。（2）提高输电电压是减小功率损失和电压损失的有效途径。