Ghi nhớ bài học |

Máy biến áp và truyền tải điện năng

MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

Chủ đề này gồm các vấn đề: máy biến áp, truyền tải điện năng

A. LÍ THUYẾT

I. MÁY BIẾN ÁP

1. Tác dụng:

– Biến đổi điện áp hiệu dụng(hoặc điện áp cực đại) của dòng điện xoay chiều màkhông làm thay đổi tần số

2. Nguyên tắc hoạt động:

– Dựa vào hiện tượng cảm ứng từ

3. Cấu tạo:

– 2 cuộn dây quấn trên cùng một lõi thép:

+ Cuộn vào (1): Cuộn sơ cấp

+ Cuộn ra (2): Cuộn thứ cấp

(Có thể thay thế bởi một cuộn dây với 3 đầu)

– Một lõi thép: để dẫn từ được ghép với nhau bởi các lõi thép cách điện

4. Công thức:

– Công thức về suất điện động vào và ra:

\frac{{{{e}_{1}}}}{{{{e}_{2}}}}=\frac{{{{E}_{{01}}}}}{{{{E}_{{02}}}}}=\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}

– Bỏ qua điện trở của hai cuộn dây: (U = E)

\frac{{{{U}_{1}}}}{{{{U}_{2}}}}=\frac{{{{E}_{{01}}}}}{{{{E}_{{02}}}}}=\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}

– Bỏ qua điện trở và sự tỏa nhiệt của dòng điện Phucô:

{{P}_{1}}={{P}_{2}}<=>{{U}_{1}}.{{I}_{1}}={{U}_{2}}.{{I}_{2}}

\frac{{{{E}_{1}}}}{{{{E}_{2}}}}=\frac{{{{U}_{1}}}}{{{{U}_{2}}}}=\frac{{{{I}_{2}}}}{{{{I}_{1}}}}=\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}

II. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

 

 

 

– Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa luôn có sự mất mát do có sự tỏa nhiệt trên đường dây do dây dẫy luôn có điện trở

R=\rho .\frac{l}{S} (l = 2 AB)

\displaystyle {{P}_{{haoph\acute{i}}}}={{I}^{2}}.R=\frac{{{{P}^{2}}}}{{{{U}^{2}}.{{{\cos }}^{2}}\varphi }}R

Độ giảm thế: \Delta U=I.R

– Để giảm thiểu hao phí trên đường dây người ta có 3 cách:

+ Giảm R: Giảm điện trở suất, tăng diện tích tiết diện

+ Tăng \cos \varphi  (Thông thường \cos \varphi >0,85)

+ Tăng điện áp trước khi truyền

II. BÀI TẬP

1. DẠNG BÀI TẬP VỀ MÁY BIẾN ÁP

– Bỏ qua điện trở và sự tỏa nhiệt của dòng điện Phucô

(máy biến áp lí tưởng): \left\{ \begin{array}{l}\frac{{{{U}_{1}}}}{{{{U}_{2}}}}=\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}\\\,\,{{I}_{2}}\,=\frac{{{{U}_{2}}}}{{{{Z}_{2}}}}\,\,\,\,\\\frac{{{{I}_{2}}}}{{{{I}_{1}}}}=\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}\end{array} \right.

– Máy biến áp có hiệu suất <100%\left\{ \begin{array}{l}\frac{{{{U}_{1}}}}{{{{U}_{2}}}}=\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}\\\,H=\frac{{{{P}_{2}}}}{{{{P}_{1}}}}\,\\P=U.I.c\text{os}\varphi \end{array} \right.

 

– Máy biến áp có cuận sơ cấp có điện trở, cuộn thứ cấp để hở

\left\{ \begin{array}{l}\frac{{{{E}_{1}}}}{{{{E}_{2}}}}=\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}\\U_{1}^{2}\,=U_{{{{L}_{1}}}}^{2}+U_{{{{R}_{1}}}}^{2}\,({{U}_{{{{L}_{1}}}}}={{E}_{1}})\\U_{2}^{{}}={{E}_{2}}\end{array} \right.

 

2. DẠNG BÀI TẬP VỀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

a. Công thức chung

R=\rho .\frac{l}{S} (l = 2 AB)

\displaystyle \Delta {{P}_{{haoph\acute{i}}}}={{I}^{2}}.R=\frac{{{{P}^{2}}}}{{{{U}^{2}}.{{{\cos }}^{2}}\varphi }}R

Hiệu suất truyền tải: H=\frac{{P-\Delta P}}{P}

Độ giảm thế: \Delta U=I.R

b. Bài tập nâng cao về truyền tải điện năng là nói về sự thay đổi của hiệu suất

– Nguyên tắc:{{P}_{A}}={{U}_{A}}.I.\cos {{\varphi }_{A}}

{{P}_{B}}={{U}_{B}}.I.\cos {{\varphi }_{B}}

 

 

{{P}_{A}}={{P}_{B}}+\Delta P

{{U}_{A}}={{U}_{B}}+\Delta U

\displaystyle H=\frac{{{{P}_{B}}}}{{{{P}_{A}}}}

\Delta P={{I}^{2}}R=\frac{{\Delta {{U}^{2}}}}{R}

\Delta U=I.R

– Một số bài toán có thể gặp trong để thay đổi hiệu suất

+ Cố định: P và thay đổi U cùng loại (Cố định PB, thay đổi UB): Bài dễ

+ Cố định P và thay đổi U khác loại

+ Cố định U và thay đỏi P khác loại

Ví dụ 1 (Máy biến áp lí tưởng): Khi truyền điện năng có công suất P từ nơi phát điện xoay chiều đến nơi tiêu thụ thì công suất hao phí trên đường dây là \Delta P. Để cho công suất hao phí trên đường dây chỉ còn là \frac{{\Delta P}}{n} (với n>1), ở nơi phát điện người ta sử dụng một máy biến áp (lí tưởng) có tỉ số giữa số vòng dây của cuộn sơ cấp và số vòng dây của cuộn thứ cấp là

A\sqrt{n}.                            B\frac{1}{{\sqrt{n}}}.                          C. n.                                  D\frac{1}{n}.

Hướng dẫn

Vì máy biến áp là lí tưởng nên ta có công suất hao phí trước và sau sử dụng máy biến áp:

\Delta {{P}_{1}}=\frac{{{{P}^{2}}R}}{{U_{1}^{2}}};\Delta {{P}_{2}}=\frac{{{{P}^{2}}R}}{{U_{2}^{2}}}

Theo đề bài: \Delta {{P}_{2}}=\frac{{\Delta {{P}_{1}}}}{n}

Suy ra: U_{2}^{2}=nU_{1}^{2}\Leftrightarrow U_{2}^{{}}=\sqrt{n}U_{1}^{{}}\Rightarrow \frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{1}}}}=\frac{{{{U}_{1}}}}{{{{U}_{2}}}}=\frac{1}{{\sqrt{n}}}

=> Đáp án B

 

Ví dụ 2 (Máy biến áp có điện trở ở cuộn thứ cấp): Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp một hiệu điện thế xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100V. Biết cuộn sơ cấp có 2000 vòng, cuộn thứ cấp có 4000 vòng.

a. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở ( giả thiết bỏ qua điện trở hoạt động r của cuộn sơ cấp) có giá trị

A. 100V                         B. 200V                           C. 300V                               D. 400V

b. Khi dùng vôn kế ( có điện trở vô cùng lớn) để đo hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở, người ta thấy vôn kế chỉ 199V. Xác định tỉ số giữa cảm kháng ZLcủa cuộn sơ cấp và điện trở hoạt động r của nó?

A. 9,95                         B. 99,5                            C. 5,99                                 D. 59,9

Hướng dẫn

a. Từ \frac{{{{U}_{2}}}}{{{{U}_{1}}}}=\frac{{{{N}_{2}}}}{{{{N}_{1}}}} => Điện áp hiệu dụng {{U}_{2}} ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở là:

{{U}_{2}}=\frac{{{{N}_{2}}}}{{{{N}_{1}}}}{{U}_{1}}=\frac{{4000}}{{2000}}.100=200V

=> Đáp án B

b. Khi dùng vôn kế đo chỉ thấy 199V (<200V), thấp hơn so với kết quả lý thuyết. Sự sai khác này là do cuộn sơ cấp này thực tế có điện trở thuần r. Lúc này ta phải dùng biểu thức : \frac{{{{U}_{2}}^{'}}}{{{{U}_{1}}^{'}}}=\frac{{{{N}_{2}}}}{{{{N}_{1}}}}trong đó

U_{2}^{'}={{U}_{V}}({{U}_{V}} là số chỉ vôn kế)

U_{1}^{'}={{U}_{L}}({{U}_{L}}có vai trò như hiệu điện thế cuộn sơ cấp)

=>\frac{{{{U}_{V}}}}{{{{U}_{L}}}}=\frac{{{{N}_{2}}}}{{{{N}_{1}}}}=>{{U}_{L}}={{U}_{V}}\frac{{{{N}_{1}}}}{{{{N}_{2}}}}=199.\frac{{2000}}{{4000}}=99,5V

Lại có: U_{1}^{2}=U_{r}^{2}+U_{L}^{2}=100V=>{{U}_{r}}=\sqrt{{U_{1}^{2}+U_{L}^{2}}}=\sqrt{{{{{100}}^{2}}-99,{{5}^{2}}}}\approx 10V

Ta có tỉ số: \frac{{{{Z}_{L}}}}{r}=\frac{{{{U}_{L}}}}{{{{U}_{r}}}}=\frac{{99,5}}{{10}}=9,95

=> Đáp án A

Ví dụ 3 (Truyền tải điện năng) : Một trạm phát điện, có hiệu điện thế 500V truyền đi một công suất P=50kW trên một đường dây có điện trở tổng cộng là R=4\Omega  tới tải tiêu thụ.

a. Công suất hao phí trên đường dây, độ giảm thế, hiệu suất của sự truyền tải điện năng và hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ là

A. {{P}_{{hp}}}=40\text{W};\Delta U=400V;H=20%;U=100V% .

B. {{P}_{{hp}}}=40\text{W};\Delta U=400V;H=0,2%;U=100V.%

C. {{P}_{{hp}}}=40k\text{W};\Delta U=400V;H=20%;U=100V%

D. {{P}_{{hp}}}=40k\text{W};\Delta U=400V;H=0,2%;U=100V%

b. Nếu trước khi đưa lên đường dây tải điện, người ta nối hai cực của máy phát điện với một máy biến thế lý tưởng có tỉ số các vòng dây của cuộn sơ cấp trên cuộn thứ cấp 0,1 để tăng áp thì công suất hao phí trên đường dây, độ giảm thế, hiệu suất của sự truyền tải điện năng và hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ lúc này là

A{{P}_{{hp}}}=40k\text{W};\Delta U=40V;H=99,2%;U=4960V.

B. {{P}_{{hp}}}=40k\text{W};\Delta U=10V;H=99,2%;U=4960V.

C. {{P}_{{hp}}}=0,4k\text{W};\Delta U=40V;H=9,2%;U=4960V.

D. {{P}_{{hp}}}=0,4k\text{W};\Delta U=40V;H=99,2%;U=4960V.

Hướng dẫn

a. Khi chưa dùng máy tăng thế, hiệu điện thế lên đường dây là 500V.

Công suất hao phí trên đường dây:

{{P}_{{hp}}}=\frac{{{{P}^{2}}}}{{{{U}^{2}}}}R=\frac{{{{{50000}}^{2}}}}{{{{{500}}^{2}}}}4=40000\text{W}=40k\text{W}

Hiệu suất truyền tải: H=\frac{{P-{{P}_{{hp}}}}}{P}=\frac{{50000-40000}}{{50000}}=0,2=20(%)

Độ giảm thế trên đường dây: \Delta U=\text{IR}=\frac{P}{U}R=\frac{{50000}}{{500}}4=400V

Hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ điện: {{U}^{'}}=U-\Delta U=500-400=100V

=> Đáp án C

b. Khi dùng máy tăng thế với tỉ số số vòng dây theo đề ra theo đề ra, hiệu điện thế đưa lên đường dây được tăng lên 10 lần, tức là 5000V, tương tự ta có:

Công suất hao phí trên đường dây:

{{P}_{{hp}}}=\frac{{{{P}^{2}}}}{{U_{2}^{2}}}R=\frac{{{{{50000}}^{2}}}}{{{{{5000}}^{2}}}}4=400W=0,4k\text{W}

Hiệu suất truyền tải: H=\frac{{P-{{P}_{{hp}}}}}{P}=\frac{{50000-400}}{{50000}}=0,992=99,2(%)

Độ giảm thế trên đường dây: \Delta U=\text{IR}=\frac{P}{U}R=\frac{{50000}}{{5000}}4=40V

Hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ điện: {{U}^{'}}=U-\Delta U=5000-40=4960V

=> Đáp án D

 

 

Thống kê thành viên
Tổng thành viên 315.512
Thành viên mới nhất hayhayhoc
Thành viên VIP mới nhất khanhzl0209VIP

Mini games


Đăng ký THÀNH VIÊN VIP để hưởng các ưu đãi tuyệt vời ngay hôm nay




Mọi người nói về baitap123.com


Đăng ký THÀNH VIÊN VIP để hưởng các ưu đãi tuyệt vời ngay hôm nay
(Xem QUYỀN LỢI VIP tại đây)

  • BẠN NGUYỄN THU ÁNH
  • Học sinh trường THPT Trần Hưng Đạo - Nam Định
  • Em đã từng học ở nhiều trang web học trực tuyến nhưng em thấy học tại baitap123.com là hiệu quả nhất. Luyện đề thả ga, câu hỏi được phân chia theo từng mức độ nên học rất hiệu quả.
  • BẠN TRẦN BẢO TRÂM
  • Học sinh trường THPT Lê Hồng Phong - Nam Định
  • Baitap123 có nội dung lý thuyết, hình ảnh và hệ thống bài tập phong phú, bám sát nội dung chương trình THPT. Điều đó sẽ giúp được các thầy cô giáo và học sinh có được phương tiện dạy và học thưc sự hữu ích.
  • BẠN NGUYỄN THU HIỀN
  • Học sinh trường THPT Lê Quý Đôn - Hà Nội
  • Em là học sinh lớp 12 với học lực trung bình nhưng nhờ chăm chỉ học trên baitap123.com mà kiến thức của em được củng cố hơn hẳn. Em rất tự tin với kì thi THPT sắp tới.