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19.为了减少因火力发电站中煤的燃烧对大气的污染而大力发展水电站.某一水电发电机组设计的发电机组的输出电功率为9.8×104W,输出电压为350V,取g=9.8m/s2.
(1)若水流量为Q=2m3/s,发电机效率为80%,求水位的落差.
(2)若采用直接输电,输电线路的总电阻为0.4Ω,求输电线路损耗的功率.
(3)为减少输送功率损失,先用一升压变压器将电压升高再输出,允许损失的功率为输送功率的5%,所需电压为220V,输电线路的总电阻为4Ω,则升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少?

分析 (1)根据能量守恒关系可求得水位的落差;
(2)由功率公式P=UI可求得输电电流,再由功率公式P=I2r可求得输电线上损失的功率;
(3)根据损失的功率比例及功率公式可求得输电电流,由P=UI可求得输电电压,则可求得升压变压器匝数之比;再由电压损失求出降压变压器的输入电压,则可求得降压变压器的匝数之比.

解答 解:(1)由能量守恒定律可知:单位时间下落水的质量为:
m=Qρ=1×103×2=2×103kg;
80%mgh=9.8×104W
h=6.25m;
(2)若直接输电,则电路中电流为:
I=$\frac{P}{U}$=$\frac{9.8×1{0}^{4}}{350}$=280A;
则损失的功率为:
P损=I2r=(280)2×0.4=31360W;
(3)采用高压输电后,损失的功率为:
P1=5%P=5%×9.8×104W=4.9×103W
则由P=I2R可知,输电电流为:
I1=$\sqrt{\frac{{P}_{1}}{R}}$=$\sqrt{\frac{4.9×1{0}^{3}}{4}}$=35A;
则升压变压器的输出电压为:
U2=$\frac{9.8×1{0}^{4}}{35}$=2800V;
则升压变压器匝之比为:
$\frac{{n}_{1}}{{n}_{2}}$=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{350}{2800}$=$\frac{1}{8}$;
降压变压器输入电压为:
U3=U2-IR=2800-35×4=2660V;
则降压变压器匝数之比为:
$\frac{{n}_{3}}{{n}_{4}}$=$\frac{{U}_{3}}{{U}_{4}}$=$\frac{2660}{220}$=$\frac{133}{11}$;
答:(1)若水流量为Q=2m3/s,发电机效率为80%,水位的落差为6.25m
(2)若采用直接输电,输电线路的总电阻为0.4Ω,输电线路损耗的功率为31360W.
(3)升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是1:8和133:11.

点评 本题考查远距离输电问题,解题时要注意功率公式的正确应用,明确变压器原理,能正确应用变压器匝数之比与电压和电流之间的关系.

练习册系列答案
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