PDF《自制教具模拟大功率线路中 “线损 ”优化直流输电教学》

自制教具模拟大功率线路中" 线损"优化直流输电教学 黄靖薇 ( 华南师范大学物理与电信工程学院 广东 广州

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0 6 ) 王俊鹏 ( 广东工业大学材料与能源学院 广东 广州

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0 6 ) 张军朋 ( 华南师范大学物理与电信工程学院 广东 广州

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0 6 ) ( 收稿日期:

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2 8 ) 摘要: 通过自制教具模拟大功率线路中导线产生的感抗和容抗, 观察对高压交流输电和高压直流输电线路 的影响, 有效地突破" 远距离输电"的教学难点, 感知大功率线路中高压直流输电的优越性.

关键词: 远距离输电 高压直流 自制教具 在粤教版选修3

2 " 远距离输电" 中, 教材解释 大功率输电线路中采用直流输电的原因是" 由于导 线中也有电感、 电容, 当交流输电功率很大时, 电感 和电容引起的电能损失是很大的" . 而基于学生的认 知水平, 学生难以理解大功率线路中因高压交流输 电产生感抗和容抗对线路影响程度. 本教具将通过 串联电感、 并联电容模拟导线产生的感抗和容抗, 分 别作用于高压交流输电和高压直流输电线路进行对 比实验, 直观感受" 线损" , 有利于辅助教学.

1 实验原理与设计 导线因高压交流输电产生的感抗和容抗对输电 线路的影响的效果等效于电感串联、 电容并联在输 电回路中. 在高压交流输电线路中在原有串联电阻 模拟长导线电阻的基础上, 串联电感、 并联电容, 观 察灯泡发光亮度, 从而直接体现出感抗和容抗损耗 电能的多少. 教师引导学生分析线路图得出直流输电能使导 线中的感抗和容抗不体现在回路当中, 逐步深入分 析能否把交流电和直流输电结合在一起来共同减少 导线上电阻、 电感、 电容的影响, 从而引入整流装置、 逆变装置, 修正了大功率输电线路的输电流程, 如图 1所示. 图1 大功率输电线路输电流程图 根据该探究式的教学流程设计了教具的原理 图, 如图2所示. 图2 高压交流输电与高压直流输电的对比实验装置原理图 ―

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1 9年第1期 物理通报 大学物理教学 作者简介: 黄靖薇(

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9 5 ) , 女, 在读研究生, 专业为物理课程与教学论. 通讯作者: 张军朋(

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6 3 ) , 男, 教授, 硕士生导师, 主要研究方向为物理课程与教学论. 教具实物图如图3所示. 图3 高压交流输电与高压直流输电的对比实验装置

2 实验教具的材料及制作 2.

1 制作材料 变 压器6个(

2 2 0V~2 0V变压器6个) 、 两个电 插头、 2个可固定灯座、

2 0V灯泡2个、 P V C板两块、 木架子( 自制) 、 电线若干、 两个

5 W,

2 5Ω 的电阻 ( 水泥电阻, 普通电阻容易烧坏) 、 电工胶布若干、 按 钮开关2个、 整流装置( 网上购买) 、 逆变装置( 自制、 材料另算) 、 电容(

1 0 0μ F, 大功率电焊机电容器) 、 电感( 自绕) 、 A B胶、 电烙铁. 2.

2 制作方法 (

1 )自制逆变装置(

4 8VD C 转2

2 0A C) 自制逆变装置原理图如图4所示. 电容器C

1 和C2用涤纶电容;

三极管 B G

1 ~B G

5 可以用9

0 1

3 :

4 0V, 0.

1 A, 0.

5 W, B G

6 ~ B G

7 可以用场效应管IRF150:

1 0 0V,

4 0A,

1 5

0 W, 0.

0 5 5Ω. 变压器 B的 绕制请参考逆变器的设计计算方法, 业余条件下的 调试;

先不接功率管, 测A点和B 点对地的电压, 调整R1 或R2 使A, B 两个点的电压要相同, 这样才能 输出的方波对称, 静态电流也最少. 安装时要注意下 列事项: B G