Giải Vật Lý 12 Bài 16. Truyền tải điện năng - Máy biến áp

Bài 16. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG MÁY BIẾN ÁP
A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG
Máy biến áp
* Câu tạo và hoạt động:
Hai cuộn dây N1 và N2 vòng được quấn trên lõi thép có độ từ cảm lớn. Khi hiệu điện thế Ư1 cần biêh đổi đặt vào cuộn N1 thì cuộn này được 
gọi là cuộn sơ câp. Lúc đó hiệu điện thế đã được lấy ra ở cuộn N2 cuộn này gọi là cuộn thứ cấp.
Hoạt động dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi bỏ qua điện trở thuần của cuộn dây Nj, N2, ta có:
77^ - 7~ N1 > N2: máy hạ thế
U2 N2
N1 < N2: máy tăng thế
Khi bỏ qua hao năng lượng: -ỈL - -Ùl
I2
Chuyển tải điện năng
Yêu cầu chuyến tải điện năng:
Giảm hao phí điện năng trên đường tải
Biện pháp:
p là công suất điện cần tải đi khi hiệu điện thế hai đầu mạch là u.
p	s
—> I =	(xem u, I đồng pha)
Vậy công suất tỏa nhiệt trên dây tải có điện trở R là:
p2
P' = I2R=—R u2
Vậy cách tốt nhất để giảm công suất hao phí P’ là tăng U; bằng cách dùng các trạm biêh thế.
Cách thức chuyển tải diện năng
Điện năng được tải từ các nhà máy điện đến các trạm tăng thế, rồi đến các đường dây cao thế và đến các trạm hạ thế, sau đó dưa vào sử dụng.
B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP
Bài 1. Biêh áp là gì? Nêu cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy biêh áp.
Trả lời
Máy biêh áp (biến thế) là thiết bị dùng để thay đổi điện áp (hiệu điện thế) của dòng điện xoay chiều.
Máy biêh áp hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
Cấu tạo đơn giản gồm hai cuộn dây cuốn trên lõi sắt. Lõi sắt là một khung hình chữ nhật gồm nhiều lá rất mỏng ghép cách điện với nhau (để tránh tác hại của dòng điện Fu-cô làm lõi sắt nóng lên và rung). Mỗi cuộn làm lần lượt gồm ni; n2 ốhg dây quâh sát nhau và cách điện với nhau, cuộn sơ cấp gồm ni vòng dây được nối với máy phát điện, cuộn thứ cấp gồm n2 vòng dây và được nôi với tải tiêu thụ điện mạch ngoài.
Các công thức của máy biến thế.
• -ỳ— = — = k (hệ số bion the”) u2 n2
Nếu k > 1: máy giảm thế
Nếu k < 1: máy tăng thê'
Trường hợp mạch thứ cấp có tải tiêu thụ điện và hiệu suút của máy là 100%. Ta có: = -^- = -ỉ^-
u 2	11	n 2
Bài 2. Biến áp làm việc bình thường có ti số biến áp bằng 3. Khi (U1, 11) = (360V, 6A), thì (U2, I2) bằng bao nhiêu?
A. (1080V, 18A)	B. (120V, 2A)
c. (1080V, 2A)	D. (120V, 18A).
Trả lời
... U2 I, _ N,
Từ công thức: —= — = —A = 3 u, I2 N,
=>u2 = 3U, =1080V; Ỉ2=-^ = -| = 2A
3 3
=> Chọn câu c.
Bài 3. Biến áp có cuộn sơ câp gồm 2000 vòng, cuộn thứ câp gồm 100 vòng, điện áp và cường độ ở mạch sơ cấp là 120V, 0,8A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu?
A. 6V, 96W	B. 240V, 96W
c. 6V, 4,8W	D. 120V, 4,8W.
Trả lời
i = i = 2ỌỌỌ = 20=>u
Ta có: L
Ư7 n, 100
= A=^ = 6(V)
20 20 v 7
^-= ^ = 20	=20.1, =20.0,8 = 16(A)
u2 I,	v ’
Công suất mạch thứ cấp: p2 = U2I2 = 6.16 = 96W
=> Chọn câu A.
Bài 4. Một biến áp lí tưởng có hai cuộn dây lần lượt có 10 000 vòng và 200 vòng.
Muốn tăng áp thì cuộn nào là cuộn sơ cấp? Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng 220V thì điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ câp bằng bao nhiêu?
Cuộn nào có tiết diện dây lớn hơn?
Giải
a) Ta có: -77-
u,
n2
ni
Muôn biến áp là máy tăng áp thì
u2
uí
k > 1 => n2 > n2 vậy cuộn có
10000 vòng dây là cuộn thứ cấp và cuộn có 200 vòng là cuộn sơ cấp. Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thứ cấp:
U1=n2
U. nj
^.u, = 12222.220 = 11000V
S2 s,
n,
§2. = Jh_ = _L
s, n2 50
Từ (1) và (2).=> ẶL = — ặ
R2 n2 S,
=> Sị = 50S2. Tiết diện cuộn sơ cấp lớn hơn.
* Do cùng quấn trên một khung sắt => Chu vi mỗi vòng dây là như nhau và bằng 1.
Bài 5. Máy biến áp lí tưởng cung cấp một dòng điện 30A dưới một điện áp hiệu dụng 220V. Điện áp hiệu dụng ở cuộn sơ cấp là 5kV.
Tính công suất tiêu thụ ở cửa vào và ở cửa ra của biến áp.
Tính cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
Tính tỉ sô' biến áp.
Giải
Biện pháp lí tưởng => Pl = P2 = U2I2 = 220.30 = 6600W
Cường độ dòng điện (hiệu dụng) ở cuộn sơ cấp:
, Pị __ 6600
1 Ư, “ 5000
= 1,32A
_ư2 _ I. 220	11
c) Tỉ sô biên áp: k = -77- - -7- = ■_ 77 - = —— u, I2 5000 250
Bài 6. Một biến áp cung cấp một công suất 4kW dưới một điện áp hiệu dụng 110V. Biến áp đó nối với đường dây tải điện có điện trở tổng là 2 Q.
Tính cường độ hiệu dụng trên đường dây tải điện.
Tính độ sụt thế trên đường dây tải điện.
Tính điện áp hiệu dụng ở cuối đường dây tải điện.
Xác định công suất tổn hao trên đường dây đó.
Thay biến áp trên đây bằng một biến áp có cùng công suất nhưng điện áp hiệu dụng ở cửa ra là 220V. Tính toán lại các đại lượng nêu ra ở bôìi câu hỏi trên.
Giải
Cường độ hiệu dụng trên đường dây tải điện:
, _ p	4000 400 A
I = -- = ' " = ——A u	110	11
Độ sụt thế trên đường dây tải điện:
ATI _ In _ 400 A 800 _ „„
AU = IR = ——.2 = —— = 72,72V
11 11
Điện áp cuối đường dây:
U' = U-AU = 110-72,72 = 37,3V
Công suất hao phí trên đường dây:
P' = RI2 + 2.| I = 2644,6W
11 J
Tính lại các giá trị:
T, _ p _ 4000 200 / ,
1U(A)
AU' = PR = “77“ 2 =	= 36,36V
11
Điện áp cuối đường dây:
U" = Ư-AƯ = 220-36,36 = 183,64(v)
Công suất hao phí trên đường dây:
P" = RP2 =2f^Ỵ =661,15W.
(11 J