电能输送教学设计共7篇文档格式.docx
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功率损失的表达式是什么?
如何减小输电线上的电压损失?
[生1]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.[生2]设输电电流为I,输电线的电阻为R,则功率损失为ΔP=I2R.[生3]根据功率损失的表达式ΔP=I2R可知,要减少输电线上的功率损失,有两种方法:
其一是减小输电线的电阻;
其二是减小输电电流.[师]如何减小输电线的电阻呢?
[生]根据电阻定律可知R线=ρ
1,要减小输电线的电阻R线,可采用下述方法:
S①减小材料的电阻率ρ.银的电阻率最小,但价格昂贵,目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线.②减小输电线的长度l不可行,因为要保证输电距离.③增加导线的横截面积,可适当增大横截面积.太粗不可能,既不经济又架设困难.......[师]如何减小输电线中的电流呢?
[生]在输电功率一定的条件下,根据P=UI可知,要减小输电线中的电流I,必须提高输电电压U,这就是采用高压输电的道理.2.输电线上的电压损失
[师]在直流输电时,输电线上电压损失的原因是什么?
交流输电呢?
[生1]由于输电线有电阻,电流在输电线上有电压损失.[生2]对交流输电线路来说,既有电阻造成的电压损失,也有感抗和容抗造成的电压损失.[师]在不计感抗和容抗的条件下,电压损失的表达式是什么?
[生]电压损失ΔU=U-U′=IR线
[师]如何减小电压损失,保证输电质量呢?
[生]根据电压损失的表达式ΔU=IR
线
可知,要减少输电线上的电压损失,有两种方法:
其一是减小输电线的电阻R线;
其二是减少输电电流.方法同减少功率损失.[师]为了减少功率损失和电压损失,都需要采用高压输电,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,这样不经济.实际输电时,要综合考虑各种因素.3.几种输电模式
[师]常用的输电模式有几种?
各是什么?
[生1]低压输电:
输电功率为100kW以下,距离为几百米以内,一般采用220V的电压输电.[生2]高压输电:
输电功率为几千千瓦到几万千瓦,距离为几十千米到几百千米,一般采用35kV或110kV的电压输电.[生3]超高压输电:
输电功率为10万千瓦以上,距离为几百千米,必须采用220kV或更高的电压输电.[师]我国远距离输电采用的电压有哪几种?
[生]有110kV、220kV、330kV、500kV.[师]大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求,怎么办?
而到达目的地的电压也不符合用户的要求,怎么办?
[生]在发电机处用升压变压器升高电压,在用户处用降压变压器降低电压.[师]用CAI课件展示我国远距离高压输电情况及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ΔP=I22R用户得到的功率为P用=P-ΔP.电压损失为ΔU=I2R,则U3=U2-ΔU.4.例题分析
某交流发电机输出功率为5×
10.5W,输出电压为U=1.0×
10.3V,假如输电线的总电阻R=10Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U=380V.
(1)画出输电线路的示意图(下图).(标明各部分的符号)
(2)所用升压和降压变压器的原、副线圈的匝数比是多少?
(使用的变压器是理想变压器)
解析:
引导学生画出电路.
引导学生写出各部分关系式U∶U1=n1∶n2
I2∶I1=n1∶n2I3∶I2=n1′∶n2′U2∶U用=n1′∶n2′
U1=U损+U2P=P损+P用户P损=I22·
R解:
I1=
P=500AUP损=5%P=5%×
5×
105W=2.5×
104WP损=I22RI2=P损R=50AI3=P用户U用户=PP损U用户4.75105=
380所以'
n1I2501n2I150010I34.7510525'
I380501n22n
1三、小结
通过本节学习,主要学习以下问题:
1.远距离输电线路上,P损=I2R=
U损R2,其中(I=
P总U).2.远距离高压输电中,P损和U损都能减少.3.交流和直流输电有其各自的优点和不足.4.电站输出功率由用户消耗功率决定.
四、布置作业(略0
五、板书设计
六、本节优化训练设计
1.单相交流发电机的路端电压为220V,输出的电功率为4400W,发电机到用户单根输电线的电阻为2Ω,求
(1)用户得到的电压和电功率各是多少?
(2)如果用变压比为1∶10的升压变压器升压后向用户输电,用户处再用变压比为10∶1的降压变压器降压后使用,那么用户得到的实际电压和电功率又是多少?
2.一条河的流量为Q=40m3/s,落差为h=5m.利用它发电,单相交流发电机效率η1=50%,输出电压U=400V,输电线总电阻R线=5Ω,电线上允许损失的最大电功率为发电机输出的电功率η2倍,η2=5%,用户所需电压为220V,设计输电线两端变压器的原、副线圈匝数比各是多少?
参考答案:
1.解析
(1)不用变压器,直接输电时:
P送4.4103干线中电流:
I==A=20A
220U送电线上损失的:
U损=I·
R线=20×
2×
2V=80VP损=I·
U损=1600W用户得到的:
U户=220V-80V=140VP户=P-P损=4400W-1600W=2800W
(2)用变压器时,电路如图所示.
U1=10U=2200VI线=P4400=A=2AU12200U2=U1-I线R=2200V-2×
4V=2192V所以U户′=′U2=219.2V10P户=P-I线2×
R=4400W-4×
4W=4384W2.解析:
发电机将水机械能转换为电能,其中:
P输=η1ρQgh=50%×
103×
40×
10×
5W=106W输电线上损失:
P损=η2P输=5×
104W输电线上允许输送的最大电流I线=P损R线5104A=100A5而不用变压器直接输送时,输电线上电流大小:
I=P输U送106=2500A400100A为减少电能损失,必须是先升压后降压,输电线路如图所示.
I1=P输U送=2500AI2=P损R线=100AI3=PP损U户951030.95106A=A22220
nI1所以12
n2I125●备课资料
n1n2'
'
I3950I222431求解输电问题的思路
由于发电机本身的输出电压不可能提高,所以采用高压输电时,在发电站内需用升压变压器升压后再由输电线输出,到用电区再用降压变压器降到所需的电压,在解答有关远距离输电问题时,首先要将整个电路分成几段进行研究,找出跟各段电路相应的物理量;
然后利用变压器工作原理和直流电路的基本定律分段列式,最后联立求解,进行计算.另外,还需注意以下几点:
(1)因为输电距离不变,所以输电线长度一定.
(2)发电机的输出功率通常认为是恒定的.(3)输电导线上的电能损失往往要求不能超过某一规定值.(4)记熟两个基本公式:
电压关系:
U升=U降+ΔU=IR线+U降能量关系:
P出=P损+P降=I2R线+IU降=IU升
●备课资料
汽油机点火装置的工作原理
汽车中汽油发动机的点火装置是利用感应圈的原理制成的.感应圈是互感现象的重要应用之一.它实际上就是一个小功率的升压变压器.它能将十几伏的直流低电压变成数万伏的高电压,是科学实验中经常用来取得高压的一种电源设备.感应圈的结构示意图如图1所示,主体部分是在一个用许多薄硅钢片叠合而成的直条形铁芯上套有两个线圈的变压器,初级线圈绕在里层,次级线圈绕在外层,层间有良好绝缘,整个变压器经过绝缘处理后放进胶木外套筒中,空隙处灌满了很厚的一层石蜡.
图1我们知道,恒定直流电是不能变压的.但不断的接通与切断直流电路却可以产生互感电动势,这表明断续的脉动直流电可以进行电压变换.这里通断电流的机构是采用一个最简单的电磁式断续器.当螺旋调节器触点Z与带有铁头的弹簧片P接触时,合上电源开关S,初级线圈中有直流电通过,于是铁芯被磁化吸引弹簧片,但此时却切断了电路;
铁芯失去磁性便放开弹簧片,弹簧片又与触点Z接触,电路再度被接通.如此不断的重复下去,低压恒定直流电就变成了脉动直流电.由于初级线圈自感作用的结果,电流不能突然增大,也不能突然减小,因而变成上升被阻拦,下降被拖延的脉动直流.其波形如图2(a)所示.图中Δt1时间内的曲线表示电路接通时,电流上升的情形,而Δt2时间内的曲线则表示电路断开时,电流下降的情形,我们知道,由于初级线圈电流的变化,在初级和次级线圈中都会感应出电动势.电流的变化率越大,感应电动势也就越高.由图可见,由于电路断开时电流的变化率比电路接通时电流的变化率要大得多,所以电路断开时感应电动势也比接通时高得多.图2(b)中画出了次级的电动势e2的变化波形.由图可见,在电路接通时(Δt1时间内),感应电动势较小,而电路断开时(Δt2时间内),感应电动势上升至较大的数值.如果次级两端点D、D′相距较近,则感应电动势的正向与负向的值都可使DD′间的空气击穿而发生强烈的火花放电.这时,次级线圈中就有交变电流通过,其电流变化的规律与电动势变化的规律相同,仍如图2(b)所示.但是如果D、D′相距较远,则当电路接通时,次级的感应电动势较小.不足以使空气击穿放电,此时次级线圈没有电流通过;
只有当电路断开时,由于次级感应电动势很大,DD′间的空气被击穿放电,次级线圈中才有电流通过.所以这时次级的电流是脉冲的直流电,如图2(c)所示.
图2由于初级线圈的自感系数较大,当电路断开时,电流的变化率又很大,所以此时可产生约几百伏的自感电动势,比直流电源的电压要高得多.而且,因为次级线圈的匝数N2约为初级线圈匝数N1的300倍左右,次级线圈的电压将比初级线圈的电动势高约300倍,所以,次级线圈的电动势可以达到一万伏乃至几万伏的高压.因为学生已经知道自感电动势的大小与电流的变化率有关,所以上述内容可适当的进行补充,以利于学生理解自感及变压器.
2.7电能的输送
一.教学目标
1.知识与技能
(1)了解远距离输电的意义。
(2)理解远距离输电中的输电损耗及解决方案。
(3)理解远距离输电的模型并能进行计算。
2.过程与方法
培养学生的阅读和分析能力.3.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,激发学生建设祖国的热情。
二.教学重难点
重点:
培养学生把物理规律应用于实际的能力和用公式分析实际问题的能力.难点:
高压输电的道理.
三.教学用具:
多媒体课件、黑板.四.教学过程
(一)引入新课
讲述:
前面我们学习了电磁感应现象和发电机,通过发电机我们可以大量地生产电能.比如,三峡电站通过发电机把水的机械能为电能,发电功率可达271.5万千瓦,这么多的电能当然要输到用电的地方去,发电站发出的电能是怎样输送到远方的呢?
今天,我们就来学习输送电能的有关知识.
(二)教学探究
一、让学生阅读课本,然后引导学生把导学案上“知识体系梳理”部分的空填上。
1.输送电能的基本要求是可靠、保质、经济
22.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P损Ir.输电线上损失的电压为U损=Ir.据此,可以有两个途径来减少输电损失。
一个途径是减小输电线上的电阻R,另一个途径是减小输电电流.
3.远距离输电时,提高输电电压,是减少电能损失的行之有效的办法
4.采用电网供电的优点:
可以在能源产地使用大容量发电机组,降低一次能源的输送成本,获得最大的经济效益。
同时,电网可以减少断电的风险,调剂不同地区电力供需平衡,保障供电质量。
主题1:
输送电能的基本要求
问题:
(1)输送电能的基本要求是什么?
(2)远距离大功率输电面临的困难是什么?
原因是什么?
如何解决?
课件展示结论:
(1)可靠、保质、经济
(2)由于输电线长,电阻大,当电流通过输电线时,产生热量Q,损失一部分电能,同时输电线上有电压降,故又损失一部分电压.
主题2:
降低输电损耗的两个途径
问题:
(1)输电线上的功率损失和电压损失跟哪些因素有关?
怎样计算?
(2)降低输电损耗的两个途径是什么?
(3)远距离输电时减少电能损失的最行之有效的办法是什么?
2课件展示结论:
(1)P损IrU损=Ir
(2)降低输电损耗的两个途径:
①减少导线电阻R。
②减小输电线中的电流。
(3)提高输电电压(高压输电),是减少电能损失的行之有效的办法
主题3:
远距离输电模型
2问题:
(1)大型发电站发出的电压不符合远距离输电的要求,怎么办?
(2)画出远距离高压输电的原理图,分析基本关系:
(教师引导,学生自己推导得出关系式)
I1P1FU1n1I2rP2n2U2线UI3P33n3I4P4n4U4R用
1P2①功率关系:
PP3P4n2I1P4P1P线U3n3I4U4n4I3②电压电流关系:
U1n1I2
③输电电流:
U2U2U线U3I2I3I线PUPI线=23线U2U3r线2P线=I线R线④输电线上损失的电功率和电压:
三、例题分析
U线=I线R线课件展示题目,请学生到黑板上演算解答,教师补充点评。
例
1、一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户。
已知发电机的输出功率是500kW,端电压为500V,升压变压器原、副线圈的匝数比为1:
5,两变压器间输电线的总电阻为1.5Ω,降压变压器的输出电压为220V,不计变压器的损耗。
求:
(1)升压变压器的副线圈两端电压;
(2)输电导线上的功率损失;
(3)降压变压器原、副线圈的匝数比;
(4)用户得到的功率。
例题2学生自己练习,巩固教学效果。
2、某交流发电机输出功率为5×
10W,输出电压为U=1.0×
10V,假如输电线的总电阻R=10Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U=380V.
(1)画出输电线路的示意图(标明各部分的符号)
5四、课堂小结:
输电过程电压、功率损失的计算、远距离高压输电的原理图,记住几个基本关系
五、作业布置
教材“问题与练习”
1、
3、5题
今天,我们就来学习输送电能的有关知识.
(二)教学探究
二、让学生分组讨论导学案上“基础学习交流”部分的三个主题内容,然后每组请一学生回答,教师点评总结。
基础学习交流
①减少导
线电阻R。
PP3P4P4P1P线②电压电流关系:
U1n1I2③
④输电电流:
⑤输电线上损失的电功率和电压:
三、例题分析U2n2I1U3n3I4U4n4I3U2U线U3I2I3I线PUPI线=23线U2U3r线2P线=I线R线U线=I线R线课件展示题目,请学生到黑板上演算解答,教师补充点评。
例1、一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户。
例2、某交流发电机输出功率为5×
10V,假如输电线的总电阻R=10Ω,在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%,用户使用电压U=380V.
(1)画出输电线路的示意图(标明各部分的符号)
(使用的变压器是理想变压器)四、课堂小结:
输电过程电压、功率损失的计算、远距离高压输电的原理图,记住几个基本关系五、作业布置
教材“问题与练习”1、3、5题
5
3
5.5电能的输送
编写:
(一)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.知道降低输电损耗的两个途径。
3.了解电网供电的优点和意义。
(二)过程与方法
通过思考、讨论、阅读,培养学生阅读、分析、综合和应用能力
(三)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。
(四)、教学重难点
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功率与电压损失。
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。
(伍)教学方法:
自学讨论法、阅读法、讲解法。
(六)
【知识复习】1、电阻定律2、电功率
3、变压器原、副线圈关系课前预习
一.电能的输送
1.电能输送的优点:
2.输送电能的基本要求:
、
。
二、输电的模型
思考:
怎样才能将电能由发电厂输送到用户呢?
三、降低能耗的两个途径
远距离大功率输电面临的困难是什么?
讨论与交流:
1、输电线上功率损失的原因是什么?
2、降低输电损耗的途径是什么?
3、若采用减小导线电阻的方法,在输电线长度一定的情况下,应采用什么措施?
想一想:
在各种金属中银的电阻率最小,但价格昂贵,目前选用电阻率较小的铜或铝作输电线,导线的横截面积能否无限制地增大?
4、若采用减小导线中电流的方法,又应采用什么措施?
能否通过减小输送功率来减小输电电流?
5、哪种途径对于降低输电线路的损耗更有效?
举例说明。
四、输电线上的电压损耗的降低
在输电过程中,电源输送的电压是否全部加在用户上?
造成电压损失的因素有哪些?
如何减小电压损失,保证输电质量呢?
课前自测:
把功率为22KW的电能用总电阻为2Ω的导线输送到远方的用户,用220V的电压输电,导线损失的功率为多少?
若改用22KV的电压输电,导线损失的功
率又为多少?
课堂探究:
11、从上述分析可知:
无论是从减小输电线中的功率损失还是减小电压损失方面看,在输电过程中都需要提高电压,减小输电电流,但大型发电机发出的电压不符合远距离输电的要求,怎么办?
你能设计一个高压输电模型吗?
是不是输电电压越高越好?
2、在高压输电三个回路中,各部分的功率、电压和电流关系如何?
3、在高压输电模型中,设发电机的输出功率为P,输
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