1、,7.电能的输送,一、变压器的构造1构造：2示意图3电路图中符号,二、变压器的工作原理 互感现象1、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 P入P出,三、理想变压器的变压规律U1/U2=n1/n2,四、理想变压器的变流规律： I1/I2=n2/n1,复习,电路图中符号,1电能输送的优点：,2输送电能的基本要求：,可靠：是指保证供电线路可靠地工作，少有故障和停电。,电能通过输电线就可以输送到远方相对于煤炭、石油等能源的输送需要大量的交通运载工具来说，“方便和节约”是它突出的优点,保质：就是保证电能的质量，即电压和频率稳定。,经济：是指输电线路建造和运行的费用低
2、，电能损耗小。,可靠、保质、经济,7.电能的输送,一、 电能输送中的电压损失和电能损耗,问题： 1.远距离输电过程中，在输电线上为什么会有电压损失？ 在输电线上为什么会有能量损耗？采用哪些措施可以减少 输电线上的能量损耗？ 2.远距离输电过程中，输电线加在负载两端的电压与输电线 两端的电压是否相等？哪些因素影响这两个电压的差值？,1.如图所示，由于导线自身存在着电阻r，导致输电过程中存在着电压损失U损，U损Ir.,2.电能损耗是电能输送中最受关注的问题，它与时间有关（W=Pt）,在相同时间内电能损耗取决于功率损耗.,U损=Ir P损=I2r,电压损失U损、功率损耗P损都和电线的电阻及电流有关，
3、其中 电能损耗受电流影响更为显著。,如何减小电压损失U损、功率损耗P损？,减少电压、 功率损失,减小输电线的电阻,减小输电电流,（1）如何减小输电线的电阻,（1）减小材料的电阻率,（2）减小输电线的长度L,（3）增加导线的横截面积S,用银、金最好！,（一般用铝或铜）,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？通过计算，你认为哪个途径对于降低输电线路的损耗更为有效？,阅读P53第二段,（2）如何减小输电线中的电流？,因为P=UI,在输送的电功率一定时，可通过升高
4、电压来减 小电流，I=P/U。在图中，将电压提高100倍，电流就减为 原来的1/100，因P损I2，所以功率减小为原来的1/10000。,因此，远距离输电时，无论是减小电压损失还是减小电能损耗，都要求使用高压输电。,二、远距离输电系统,功率关系：,P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3,远距离输电原理图,造成电压损失的因素:,思考：,在输电过程中，电源输送的电压是否全部加在用户上？,输电线电阻造成电压损失,(高中阶段计算中只考虑输电线电阻造成的电压损失),U1,U2,U3,U4,发电机,升压变压器,高压输电线路,降压变压器,用电器,交流高压输电基本环节示意图,电压关系：,电流关系：,阅读P5
5、3最后一段,例1：某交流发电机的输出电压为500V，输出的电功率为 50KW，发电机到用户的输电线的电阻为3， 求（1）输电导线中的电流是多少？（2）输电导线中损失的电压和电功率各是多少？（3）用户得到的电压和电功率各是多少？,（1）I0=P/U0=50103/500=100(A),（2）U损=I0R=1003=300(V),P1=I02R=10023=30000(W)=30KW,（3）U1=U0-U损=500-300=200(V),P1=P-P损=50KW-30KW=20KW,或 P1=U损I=200100W=20KW,例1：某交流发电机的输出电压为500V，输出的电功率为 50KW，发电机
6、到用户的输电线的电阻为3,若要求输电 线上的电功率损失是输送功率的0.6%，则发电站要安装一 个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220V供用 户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副 线圈匝数比各是多少？,解：P损=P0.6%=501030.6%W=300W,P损=I2R,输电电流,输电线上损失的电压 U=IR=103V=30V,发电站升压后输电电压,升压变压器匝数比,到达用户输入变压器电压U2=U-U=(5000-30)V=4970V,故降压变压器的匝数比,例2：某交流发电机的输出电压为220V，输出的电功率为4400W，发电机到用户的输电线的电阻为4，求：如果有变压比为1
7、：10的升压变压器升压后向用户输电，再用变压比为10：1的降压变压器降压，用户得到的实际电压和电功率又是多少？,P1=4400(W),U1=220(v),U2=n2U1/n1=2200(v),I2=P2/U2=P1/U2=4400/2200=2(A),Pr=I22r=16(W),U3=U2-Ur=2200-I2r=2192(V),P用=P1-Pr=4400-16=4384(W),U用=U4=n4U3/n3=219.2(V),三、直流输电,阅读P55,四、典型例题 例3、在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损耗的功率:（ ） 随输电线电阻的增大而增大; B. 和输送电压的平方成正比
8、; C. 和输送电线上电压降的平方成正比; D. 和输电线上电流强度的平方成正比; E. 和输送电压的平方成反比.,Ur=Ir,Pr=I2rI2,Pr=P2r/U2 1/U2,Pr=I2r=（P/U）2r=Ur2/r,Pr=Ur2/r Ur2,ACDE,例4、远距离输电线路如图所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（ ） A升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定 C当用户用电器总电阻减小时，输电线上损失的功率增大 D升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压,P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3=U1I1 I
9、1,I2=P1/U2=P1n1/n2U1,I2=I3=n4I4/n3,C,U2=Ur+U3,Pr=I22r,I1=I2n2/n1 I2,例5、一台发电机端电压为5000V，输出功率104kW，向400km外的用户输电，输电线的电阻率1.710-8/m，横截面积S0.85cm2，输电导线上的电功率损失要求不超过输出功率的4%，则在输电时，电压应升高到多少伏?所用的升压变压器的原、副线圈匝数比是多少?,r线=2L/S=1.710-88105/0.8510-4=160,U1=5000(v),P1=107(W),Pr=I22r=0.04P1=4105(W),I22=Pr/r=4105/160,I2=2
10、102/4=50(A),U2=P2/I2=P1/I2=107/50=2 105(V),n1/n2=U1/U2=5 103/ 2105=1/40,若用户电压为220V,则降压变压器的原、副线圈 匝数比是多少?,U3=U2-Ur,Ur=I2r=8000(V),U3=U2-Ur=200000-8000=192000(V),n3/n4=U3/U4=192000/ 220=96103/11,10.某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电.当发电厂输出的功率为P0时，额定电压为U的用电设备消耗的功率为P1，若发电厂电一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，到达用电设备所在地，再通过一台降
11、压变压器T2把电压降到用电设备的额定电压，供用电设备使用，如图所示.这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0，用电设备可获得的功率增至P2.试求所用升压变压器T1的原线圈与副线圈的匝数比N1/N2以及降压变压器T2的原线圈与副线圈的匝数比n1/n2各为多少?,（1）不使用变压器,Pr=P0-P1=I2r=(P0/U1)2r,（2）使用变压器,I4,I3,N1/N2=U1/U2,U1,U,U1,U2,Pr=P0-P2=I22r=(P0/U2)2r,(P0-P1)/ (P0-P2)= I2r/ I32r,I2,P1=I2R,P2=I42R,I2=P1/R=P1I42/P2,6. 有一条河流，河水流量
12、为4m 3/s，落差为5m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为50，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5，而用户所需要电压为220V，求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比g=9.8m/s2,线路上损耗的功率为P r= 4900 W，,P r=I2 2 r,电流为I2 =35A，,线路上的电压为Ur=I2 r=140V，,U2 =P2/I2 =2800V,n1n2 =U 1U2 =350 2800=1 8,U3=U2 -U r=2660V,U4 =220V,n3n4 =U 3U4 =2660 220 12 1,机械功率P=mgh/t=10
13、004 9.8 5=1.96 105W,发电机的输出功率P1=0.5 P= 9.8104W,7、 学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1，升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻为R=4，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功率多大？输电效率多大？（4）若使用灯数减半并正常发光，则发电机的输出功率是否也减半？,所有灯都正常工作的总功率为：P4=22640=5280W，,用电器总电流为,输电线上的电流,降压变压器上：,U3=4U4=880V,输电线上的电压损失为：UR=
14、IRR=24V,因此升压变压器的输出电压为 U2=UR+U3=904V，,输入电压为U1=U2/4=226V，,输入电流为I1=4I2=24A，,所以发电机输出功率为 P出=U1I1=5424W,发电机的电动势E=U1+I1r=250V,输电线上损耗的电功率PR=IR2R=144W,输电效率 =P4/P1=5280/5424=97.3%,（4） P4=22340=2640W,I4=2640/220=12,I2=I4/4=3(A),PR=IR2R=144/4=36(W),P1=P4+Pr=2640+36=2676(W) P1/2,12、发电站发电机端电压u5000 sin314tV，输出功率50
15、00kW，远距离输电线的电阻为80，输电线上功率损耗要求不超过总功率的4%，则 (1)所用升压变压器的原、副线圈匝数比多大? (2)到达用户区使用匝数比为192：1的降压变压器，对负载电阻为10的用电器供电，最多可接这样的用电器几个?,(1) U1=5000V,Pr=I22r=0.04P1=2105W,P1=5106W,I2=50(A),I1=P1/U1=103,n1/n2=I2/I1=50/ 1000=1/20,(2) U2=n2U1/n1=105,U3=U2-Ur=105-5080=96103(v),I4=n3I3/n4=19250=9600(A),R用=U4/I4=500/9600=10
16、/n,n= 192,U4=n4U3/n3=96000/192=500V,1当远距离高压输送一定电功率时，输电线上损耗的功率与电路中的 【 】A输送电压的平方成正比B输送电压的平方成反比C输电线中电流的平方成正比D导线中电流的平方成反比,BC,Pr=I2r=（P/U）2r=Ur2/r,五、课后作业,2关于减小远距离输电线上的功率损耗，下列说法正确的是 【 】A由功率P=U2/R，应降低输电电压，增大导线电阻B由P=IU，应低电压小电流输电C由P=I2R，应减小导线电阻或减小输电电流D上述说法均不对,C,3用电器电阻值为R距交变电源L，输电线电流为I，电阻率为，要求输电线上电压降不超过U则输电线截
17、面积最小值为 【 】AL/R B2LI/UCU/LI D2UL/I,r=2L/s,U=Ir=2L/s,U/I=r=2L/s,S=2LI/U,B,4发电厂输出功率为9900kW，输电线电阻为2，分别用18kV和110kV的高压输电，则导线上损失的功率分别为_， _,Pr=I2r=P2r/U2=(9900/18)22=605000(W),605000(W),Pr=I2r=P2r/U2=(9900/110)22=16200(W),16200(W),5变压器接入某输电电路中，现以相同的输入电压U，不同的输出电压输送相同的电功率P，输电线电阻为R当副线圈与原线圈匝数比为K时，输电线线路上损耗的功率为_
18、；当匝数比为nK时，线路上损耗的功率为原来的_ 倍,U2=n2U/n1=kU,PR=I22R,I2,I2=P/U2=P/kU,PR=I22R=P2R/K2U2,U2=n2U/n1=nkU,P2R/K2U2,I2=P/U2=P/nkU,PR=I22R=P2R/n2K2U2,1/n2,6. 有一条河流，河水流量为4m 3/s，落差为5m，现利用它来发电，使用的发电机总效率为50，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5，而用户所需要电压为220V，求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比g=9.8m/s2,线路上损耗的功率为P r= 4900 W，,
19、P r=I2 2 r,电流为I2 =35A，,线路上的电压为Ur=I2 r=140V，,U2 =P2/I2 =2800V,n1n2 =U 1U2 =350 2800=1 8,U3=U2 -U r=2660V,U4 =220V,n3n4 =U 3U4 =2660 220 12 1,机械功率P=mgh/t=10004 9.8 5=1.96 105W,发电机的输出功率P1=0.5 P= 9.8104W,7、 学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1，升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻为R=4，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则
20、：发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功率多大？输电效率多大？（4）若使用灯数减半并正常发光，则发电机的输出功率是否也减半？,所有灯都正常工作的总功率为：P4=22640=5280W，,用电器总电流为,输电线上的电流,降压变压器上：,U3=4U4=880V,输电线上的电压损失为：UR=IRR=24V,因此升压变压器的输出电压为 U2=UR+U3=904V，,输入电压为U1=U2/4=226V，,输入电流为I1=4I2=24A，,所以发电机输出功率为 P出=U1I1=5424W,发电机的电动势E=U1+I1r=250V,输电线上损耗的电功率PR=IR2R=144W,输电效率
21、 =P4/P1=5280/5424=97.3%,（4） P4=22340=2640W,I4=2640/220=12,I2=I4/4=3(A),PR=IR2R=144/4=36(W),P1=P4+Pr=2640+36=2676(W) P1/2,8.一电站向某地输送一定功率的电能，输电线上损失的功率为100kW，若把输送电压提高为原来的10倍，同时将输电线的直径减为原来的一半，则输电线上损失的电功率为多少瓦?,Pr=I2r=105(W),Pr=I2r,r=4r,R=L/s 1/s,I=I/10,Pr=4Pr/100,Pr=4103(W),9.有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为100，原线圈所加电
22、压为23kV副线圈通过总电阻为2的供电导线向用户供电，用户用电器得的电压是220V，求供电导线上损耗的功率.,U1=23103(V),U2=n2U1/n1=230(V),U1,U2,U用=220(V),Ur=U2-U用=10(V),Pr=U2r/r=102/2=50(W),11、如图所示，一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为500KW，端电压为500V，升压变压器B1的原副线圈的匝数比为1:5，两变压器间输电导线的总电阻为1.5，降压变压器的输出电压为220V，不计变压器的损耗，求: （1）升压变压器B1副线圈的端电压U2. （2）输电线上损失功率Pr.,(1) P1=5105W,I1=P1/U1=103,n1/n2=I2/I1=1/ 5,I2=200(A),U2=P1/I2=2500(V),(2) Pr=I22r=6104W,远距离输电示意图,是不是输电电压越高越好?,电压越高，对输电线路和变压器的要求越高，建设费用越高。,远距离输电,我国常用的远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线采用500 kV的超高压，西北电网达到750kV。,思考,输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。当输电线路电压较高、导线截面积较大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的还要大。,
