(SKKN 2022) giải pháp có hiệu quả khi hướng dẫn học sinh lớp 12 giải bài tập về mạch điện xoay chiều ba pha

Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền A - ĐẶT VẤN ĐỀ I - Lời mở đầu: Năm học 2021-2022, hầu hết trường Đại học, Cao đẳng xét tuyển dựa vào kết kỳ thi đánh giá lực Đại học Quốc gia Hà Nội, TP HCM, đánh giá tư Trường ĐH Bách khoa Hà Nội Cấu trúc đề thi bao gồm tư định tính, tư định lượng phần khoa học Các câu hỏi kiểm tra hình thức trắc nghiệm, số lượng câu hỏi nhiều, đòi hỏi học sinh phải trả lời với tốc độ nhanh Để đáp ứng yêu cầu người dạy người học phải đổi cách dạy, cách học Và để người học đạt kết cao Trong thời gian ngắn người học phải giải lượng lớn câu hỏi lý thuyết tập thuộc nhiều thể loại, nội dung kiến thức khác Để làm điều người học phải tiếp thu nhiều nội dung kiến thức phải có kỹ thành thạo việc giải toán nhanh Muốn người dạy phải tìm cách giải hay, ngắn nhanh toán để đáp ứng yêu cầu người học Trong trình giảng dạy môn công nghệ lớp 12, phần Mạch điện xoay chiều ba pha nội dung có tính chất ứng dụng thực tiễn vào mơn Vật lý sử dụng đề thi đánh giá lực, đánh giá tư đặc biệt để giúp cho em làm tốt phần kiểm tra định kỳ Khi dạy phần mạch điện xoay chiều ba pha nhận thấy: Ở hầu hết tập xác định cách nối tải ba pha với nguồn điện ba pha cách sử dụng mối quan hệ đại lượng dạy đại lượng pha để tính tốn ngược lại thu kết xác nhanh nhất, xác định khơng xác dẫn đến kết tồn toán bị sai Với phạm vi đề tài này, tơi xin đưa “Giải pháp có hiệu hướng dẫn học sinh lớp 12 giải tập mạch điện xoay Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền chiều ba pha” Đó xác định cách nối tải ba pha với nguồn điện ba pha sử dụng mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha để giải số tập mạch điện xoay chiều ba pha môn công nghệ lớp 12 Các đồng chí so sánh với cách làm để thấy ưu điểm giải pháp II - Thực trạng vấn đề nghin cứu: Thực trạng: Trên thực tế có nhiều học sinh giải tập mạch điện xoay chiều ba pha thường dễ nhầm lẫn cách xác định đại lượng dây đại lượng pha tính toán dẫn đến kết bị sai lệch nhiều thời gian Với toán phần học sinh lại cho khó, ngại làm; trước phần lớn suy nghĩ em học sinh cho môn công nghệ môn phụ, không thi tốt nghiệp, khơng có tiết tập nên khơng dành nhiều thời gian cho mơn học Đến năm học 2021-2022 em biết kiến thức mạch điện xoay chiều ba pha bổ sung thêm cho kiến thức Vật lí sở để em áp dụng vào giải tập thi đánh giá lực, thi đánh giá tư áp dụng vào sống sinh hoạt thân, cộng đồng học tiếp chuyên ngành kĩ thuật sau Kết quả, hiệu thực trạng trên: Với học sinh lớp không hướng dẫn làm tập em bắt tay vào làm kiểm tra thường lúng túng, vội vàng, hay nhầm lẫn thời gian qui định em không làm hết tỉ lệ câu làm sai cịn nhiều Chính thế, cần phải hướng dẫn để em hiểu vận dụng cách làm nhanh hơn, xác Cách làm mang lại hiệu nhanh nhất, xác giải số tập mạch điện xoay chiều ba pha xác định cách nối tải ba pha với nguồn điện ba pha, sử dụng mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha đồng thời kết hợp với Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền kiến thức có liên quan đến mạch điện xoay chiều để giải tập cụ thể Để em biết xác định cách nối tải ba pha sử dụng mối quan hệ đại lượng dây, đại lượng pha làm tập trước hết em cần phải nắm vững mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha tương ứng trường hợp nối tải pha theo hình hay tam giác Cái khó cần xác định nối tải ba pha để vận dụng công thức mối quan hệ đại lượng dây, đại lượng pha vào việc giải tập cụ thể ngược lại Do giáo viên cần phải hướng dẫn học sinh cách xác định mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha thông qua việc giải số tập cụ thể so sánh với cách làm khác mà em hay dùng Khi em hiểu em thấy dễ phát huy cách làm cách có hiệu Xuất phát từ suy nghĩ áp dụng giải pháp vào thấy em vận dụng làm kiểm tra đạt kết cao so với lớp khác Và mạnh dạn đưa vào làm sáng kiến kinh nghiệm, mong đồng nghiệp tham khảo góp ý cho tơi B - GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: I - Các giải pháp thực hiện: Vì mơn cơng nghệ lớp 12 khơng có tiết tập nên soạn giáo án cho cho “Mạch điện xoay chiều ba pha”, phần III.2 - Quan hệ đại lượng dây đại lượng pha: sau giáo viên giới thiệu mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha cho trường hợp tải nối hình tam giác, giáo viên yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi ví dụ trang 93 sách giáo khoa môn Công nghệ 12 Sau học sinh trả lời, giáo viên kết luận rút kinh nghiệm sai lầm em mắc phải làm tập ví dụ là: số em sử dụng công thức Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền Id = Ud Thời gian lại tiết học giáo viên đưa hệ thống câu hỏi theo mức R độ khó tăng dần để kích thích lực tự học tính tích cực cần thiết cho học sinh nghiên cứu nội dung học Qua giúp em hiểu sâu mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha để em sử dụng linh hoạt cho tập mạch điện xoay chiều ba pha cách xác, ngắn gọn, dễ hiểu thời gian II - Các biện pháp để tổ chức thực hiện: Để giúp học sinh biết cách xác định mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha giải số tập mạch điện xoay chiều ba pha, trước hết giáo viên cần yêu cầu học sinh tự ôn tập lại số kiến thức vật lí kiến thức cơng nghệ có liên quan Sau giáo viên đưa hệ thống câu hỏi, tập (trên phiếu học tập) hướng dẫn học sinh giải nhanh phần củng cố học Số tập lại (nếu chưa làm xong), học sinh tiếp tục làm thay cho tập nhà Muốn làm tốt điều người giáo viên soạn giáo án hướng dẫn học sinh làm tập cần đưa trường hợp em thường mắc sai lầm để em rút kinh nghiệm, từ em thấy với cách làm giải tốn bị nhầm lẫn cho kết nhanh Trong đề tài sáng kiến kinh nghiệm này, đề cao cách giải tập mạch điện xoay chiều ba pha phương pháp xác định cách nối tải ba pha sử dụng mối quan hệ đại lượng dây, đại lượng pha Do tơi xin đưa số tập mạch điện xoay chiều ba pha cách giải để bạn tham khảo Kiến thức vật lí có liên quan: - Định luật ơm cho đoạn mạch: U = I R Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền - Định luật Joule - Lenz: P = U I = I R = U2 R Kiến thức cơng nghệ có liên quan: - Cách nối nguồn điện tải pha theo hình hay tam giác - Mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha: Nếu tải ba pha đối xứng thì: + Khi nối hình sao: Id = Ip Ud = Up + Khi nối hình tam gic: Id = Ip Ud = Up Một số tập vận dụng: Bài tập 1: Có thể mắc bóng đèn 220V - 100W vào mạng điện pha dây có Ud = 380V theo phương pháp để bóng đèn làm việc bình thường? Cách giải: - Mạng điện pha dây có Ud = 380V, suy U p = Ud = 380 ≈ 220V - Theo đề ta lại có: Uđm đèn = Up = 220V Vậy để làm việc bình thường bóng đèn phải mắc theo hình có dây trung tính Bài tập 2: Có thể mắc bóng đèn 220V-100W vào mạng điện pha dây có Ud = 220V theo phương pháp để bóng đèn làm việc bình thường? Cách giải: - Mạng điện pha dây có: Ud = 220V - Theo đề ta lại có: Uđm đèn = Ud = 220V Vậy để làm việc bình thường bóng đèn phải mắc theo hình tam giác Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền Bài tập 3: Mạch điện pha dây, điện áp dây 380V, tải điện trở R nhau, nối tam giác Cho biết dòng điện đường dây 80A Xác định trị số dịng điện pha tải tính điện trở R pha tải Cách giải: * Tính dòng điện pha tải: Do tải đối xứng nối tam giác đấu với nguồn pha dây có Ud = 380V nên ta có: Id = Ip Ud = Up = 380 V Suy ra: I p = Id (1) Theo đề bi: Id = 80A, thay vo biểu thức ( ) ta cĩ: Ip = Id = 80 ( A) = 46,24( A) Vậy dòng điện pha tải 46,24A * Tính điện trở pha tải: Áp dụng định luật ơm cho đoạn mạch ta có: U = I R U 380 p Suy ra: R = I = 46,24 ≈ 8,21Ω p Vậy điện trở pha tải 8,21 Ω Bài tập 4: Có tải pha: Tải thứ bóng đèn (số liệu bóng đèn P = 100W, U = 220V); Tải thứ hai lò điện trở ba pha (điện trở pha R = 30 Ω , U = 380V) Các tải nối vào mạch điện pha dây có điện áp 220/380V a Giải thích 220V điện áp gì, 380V điận áp gì? Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền b Xác định cách nối dây tải (thành hình hay tam giác) giải thích phải nối vậy? c Vẽ cách nối dây mạch điện pha d Tính dòng điện pha dòng điện dây tải Cách giải: a Mạch điện pha dây với điện áp 220V/380V có nghĩa nguồn điện nối hình có dây trung hồ: Up = 220V, Ud = 380V b Xác định cách nối dây tải: - Đối với tải 1: Vì bóng đèn loại 220V - 100W có Uđm đèn = Up = 220V Vậy để làm việc bình thường bóng đèn phải mắc theo hình có dây trung tính, pha mắc bóng đèn song song với - Đối với tải 2: Lò điện trở pha có điện trở pha R = 30 Ω , Up = 380V = Ud nguồn Vậy cuộn dây quấn lị điện phải nối theo hình tam giác c Sơ đồ nối dây mạch điện trên: O C B A X X X X X X X X X Tải Tải d Tính dịng điện tải: - Tải 1: Là bóng đèn, bóng đèn có cơng suất 100W Vậy công suất pha là: P1 pha = P3 bóng đèn = 3.100 = 300W Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền Mặt khác theo định luật Joule - Lenz ta có: P = U.I ⇒ Ip = P1 pha Up = 300 ≈ 1,36 A 220 Vì bóng đèn mắc theo hình nên ta có: Id = Ip = 1,36A Vậy dòng điện dây dòng điện pha tải 1,36A - Tải 2: Dòng điện qua cuộn dây lò điện trở là: U 380 P Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch ta có: I p = R = 30 = 12,66 A P Vì cuộn dây mắc theo hình tam giác nên: I d = 3.I p = 3.12,66 = 21,9 A Vậy dòng điện pha tải 12,66A; dòng điện dây tải 21,9A Bài tập 5: Ba cuộn dây giống nhau, cuộn dây có điện trở R = Ω điện cảm L = 19,1 mH Ba cuộn dây mắc tam giác đặt vào điện áp pha đối xứng có Ud = 220V, f = 50 Hz Tính dịng điện pha, dịng điện dây, hệ số cơng suất, cơng suất pha Cách giải: - Tính cảm kháng cuộn dây: XL = π f.L = 3,14 50 19,1 10 - = Ω - Tổng trở pha: Z p = R + X L2 = + = 10Ω - Do tải mắc tam giác nên Ud = Up = 220V Áp dụng định luật ơm cho đoạn U 220 P mạch, dịng điện pha tải là: I p = Z = 10 = 22 A P - Dòng điện dây tải là: I d = 3.I p = 3.22 ≈ 38 A Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền - Hệ số công suất: cos ϕ = R = = 0,8 Z 10 - Do tải pha đối xứng nên công suất tác dụng pha là: P3 p = 3.U d I d cos ϕ = 1,73.220.38.0,8 ≈ 11,55 KW - Để tính cơng suất phản kháng ta phải tính sin ϕ : Áp dụng cơng thức: sin ϕ + cos ϕ = Suy ra: sin ϕ = − cos ϕ = − 0,8 = 0,6 - Công suất phản kháng là: Q3 p = 3.U d I d sin ϕ = 1,73.220.38.0,6 ≈ 8660VAR = 8,66 KVAR - Công suất toàn phần là: S p = 3.U d I d = 1,73.220.38 ≈ 14,4 KVA Bài tập 6: Cho mạch điện ba pha đối xứng (hình vẽ bên) Biết điện áp pha 220V, dòng điện pha 5A Tính cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng tải Cch pha nêu giảitrên : biết hệ số công suất cos ϕ = 0,8 A B C Cách giải: * Sơ đồ mạch điện pha đối xứng mắc vôn kế, ampe kế để đo điện áp dây, điện áp pha, dòng điện dây, dòng điện pha: A A B V1 C V Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền * Tính cơng suất mạch điện pha trên: - Để tính cơng suất mạch điện pha ta tính điện áp dây dòng điện dây: U d = 3.U p = 3.220 = 380V I d = I p = 5A - Tải pha đối xứng nên công suất tác dụng pha là: P3 p = 3.U d I d cos ϕ = 1,73.380.5.0,8 ≈ 2629,6W = 2,63KV - Để tính cơng suất phản kháng ta phải tính sin ϕ : Áp dụng công thức: sin ϕ + cos ϕ = Suy ra: sin ϕ = − cos ϕ = − 0,8 = 0,6 - Công suất phản khng là: Q3 p = 3.U d I d sin ϕ = 1,73.380.5.0,6 ≈ 1972,2VAR = 1,97 KVAR - Công suất tồn phần l: S p = 3.U d I d = 1,73.380.5 ≈ 3287VA = 3,29 KVA Bài tập 7: Cho mạch điện có nguồn pha tải pha đối xứng mắc theo hình sao, khơng có dây trung tính Mỗi pha có R = Ω , XL = Ω mắc nối tiếp, nguồn có Ud = 220V, f = 50 Hz Xác định dòng điện điện áp pha trường hợp: a Bình thường b Đứt dây pha A Khi có dây trung tính kết tính tốn cịn không? Cách giải: 10 Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền Khi khơng có dây trung tính: a Trường hợp bình thường: - Vì nguồn tải đối xưng nên: U p = Ud = 380 = 220V - Tổng trở pha: Z p = R + X L2 = + = 10Ω - Dòng điện dây dòng điện pha: Id = I p = Up Zp = 220 = 22 A 10 - Hệ số công suất: cos ϕ = R = = 0,6 ⇒ ϕ = 530 Z 10 - Tính cơng suất: + Do tải pha đối xứng nên công suất tác dụng pha là: P3 p = 3.U d I d cos ϕ = 1,73.380.22.0,6 ≈ 8677,7W = 8,68 KW + Để tính cơng suất phản kháng ta phải tính sin ϕ : Áp dụng công thức: sin ϕ + cos ϕ = Suy ra: sin ϕ = − cos ϕ = − 0,6 = 0,8 + Công suất phản kháng là: Q3 p = 3.U d I d sin ϕ = 1,73.380.22.0,8 ≈ 11570,24VAR = 11,57 KVAR + Cơng suất tồn phần là: S p = 3.U d I d = 1,73.380.22 ≈ 14462,8VA = 14,46 KVA b Trường hợp đứt dây pha A Mạch điện vẽ hình sau: A B - Tính dịng điện: C 11 Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền Khi đứt dây A hai pha B C nối tiếp đặt điện áp dây Tổng trở hai pha B C nên điện áp pha bằng: U 'p = U d 380 = = 190V 2 Dòng điện qua pha B C (Vì mắc nối tiếp): I B = IC = U 'p Zp = 190 = 19 A 10 - Tính cơng suất: + Do tải pha khơng đối xứng nên công suất tác dụng là: P = PB + PC = I R B + I RC = 2.19 2.6 = 4332W = 4,33KW + Công suất phản kháng là: Q = 2.I X L = 2.19 2.8 = 5776VAR = 5,78 KVAR ' + Cơng suất tồn phần là: S = 2.U p I = 2.190.19 = 7220VA = 7,22 KVA Khi có dây trung tính: a Khi nguồn tải đối xứng dây trung tính trở nên khơng cần thiết Do tính tốn cho trường hợp bình thường khơng có thay đổi b Khi có dây trung tính, điện áp pha B pha C tải điện áp pha tương ứng nguồn (bỏ qua tổn hao điện áp đường dây) Đó tác dụng dây trung tính đảm bảo cho pha làm việc độc lập Các kết tính tốn IB IC mục 1.b khơng cịn - Dòng điện dây B C (Vì điện áp pha tổng trở nhau) Id = I p = Up Zp = 220 = 22V 10 IA = 12 Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền - Tính cơng suất: + Do tải pha không đối xứng nên công suất tác dụng là: P = PA + PB = 2.I R = 2.22 2.6 = 5808W = 5,81KW + Công suất phản kháng là: Q = Q A + QB = 2.I X L = 2.22 2.8 = 7744VAR = 7,74 KVAR + Cơng suất tồn phần là: S = P + Q = 5,812 + 7,74 = 9,68KVA Bài tập 8: Có bóng đèn loại 220V - 100W Hãy mắc bóng đèn thành tải pha đối xứng đảm bảo cho bóng đèn sáng bình thường Nguồn điện có Ud = 3800V, f = 50 Hz a Tính cơng suất tiêu thụ tải pha b Tính dịng điện dây dây pha (Ví dụ pha A) bị đứt Có nhận xét độ sáng bóng đèn? Cách giải: a Tính cơng suất tiêu thụ tải pha: Do tải pha đối xứng nên công suất tiêu thụ pha là: P3 p = 3.U d I d cos ϕ = 1,73.380.22.0,6 ≈ 8677,7W = 8,68 KW b Tính dịng điện dây pha A bị đứt: Khi đứt dây A hai pha B C nối tiếp đặt điện áp dây Tổng trở hai pha B C nên điện áp pha bằng: U 'p = U d 380 = = 190V 2 Dòng điện qua pha B C (Vì mắc nối tiếp): I B = IC = U 'p Zp = 190 = 19 A 10 13 Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền Như vậy, pha bị đứt dây độ sáng bóng đèn tối bình thường Upha = 190V < Uđm đèn = 220V Bài tập 9: Tải pha đối xứng, điện trở pha 11 Ω , nối theo hình tam giác (hình bên) Số ampe kế A1 34,6 A A2 a Tính điện áp dây mạch công suất A tải tiêu thụ (tải pha điện trở thuần) B b Khi đứt dây C số ampe kế thay đổi nào? A1 C Cách giải: a Tính điện áp dây mạch cơng suất tải tiêu thụ: Do tải nối hình tam giác nên ta áp dụng công thức: Ud = Up Điện áp dây mạch điện là: Ud = Up = Ip.R = 34,6.11 = 380,6 (V) Công suất tải tiêu thụ là: P3 pha = 3.Up.Ip = 380,6 34,6/ 1,73= 22.836 W b Khi đứt dây C RB RC mắc nối tiếp, nên số ampe kế thay đổi Bài tập 10: Cho mạch điện hình vẽ Tải pha điện trở thuần: RA = RB = RC = 50 Ω Nguồn điện đối xứng có Ud = 220V Xác định dịng điện pha cơng suất tiêu thụ tải pha trường hợp: a Tải làm việc bình thường b Cầu chì dây A bị đứt c Đoản mạch pha A trường hợp có A RA RB B RC 14 C Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền dây trung tính, (cầu chì pha tính tốn cho tải pha nêu Cách giải: a Khi tải làm việc bình thường: - Dịng điện pha là: IA = IB = IC = Ip = Id /1,73 = 25,4 (A) - Công suất tiêu thụ tải pha là: P3 pha = 1,73 25,4 220 /1,73 = 5.588 W b Cầu chì dây A bị đứt - Dòng điện pha là: IA = (A) IB = IC = Ip / = 25,4 / = 12,7 (A) - Công suất tiêu thụ tải pha là: P3 pha = 2.UP.IP = 220 12,7 = 5.588 (A) c Đoản mạch pha A trường hợp có dây trung tính: - Dịng điện pha là: IA = (A) IB = IC = Ip = 25,4 (A) - Công suất tiêu thụ tải pha là: P3 pha = 2.UP.IP = 220 12,7 = 5.588 (A) C - KẾT QUẢ: Kết nghiên cứu: Thông qua 10 tập mà đưa đây, ta thấy rõ sử dụng mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha cách xác, kết hợp với kiến thức cơng nghệ, kiến thức vật lí gíup em làm số tập mạch điện xoay chiều ba pha thực tế mà trước em coi khó Như vậy, kết đạt sau sử dụng phương pháp học sinh làm tốt tập mà không bị nhầm lẫn, xác định hướng làm tập thời gian làm rút ngắn nhiều 15 Trường THPT Hoàng Lệ Kha GV: Phạm Thị Hải Huyền Trong q trình dạy học tơi vận dụng giải pháp nhận thấy: xác định cách nối tải ba pha theo hình hay tam giác sử dụng mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha mạch điện xoay chiều ba pha học sinh thích làm tập phần nhờ gíup em nắm vững kiến thức mạch điện xoay chiều ba pha hơn, kiểm tra, thi cử em đạt kết cao Kiến nghị: Những SKKN giải cao cấp tỉnh, đặc biệt SKKN đạt giải A cần gửi trường để tất gio viên học sinh tham khảo học hỏi Thanh Hoá, ngày 15/05/2022 Người viết SKKN: Phạm Thị Hải Huyền 16 ... chiều ba pha? ?? Đó xác định cách nối tải ba pha với nguồn điện ba pha sử dụng mối quan hệ đại lượng dây đại lượng pha để giải số tập mạch điện xoay chiều ba pha môn công nghệ lớp 12 Các... giải tập mạch điện xoay chiều ba pha phương pháp xác định cách nối tải ba pha sử dụng mối quan hệ đại lượng dây, đại lượng pha Do tơi xin đưa số tập mạch điện xoay chiều ba pha cách giải để bạn... phiếu học tập) hướng dẫn học sinh giải nhanh phần củng cố học Số tập lại (nếu chưa làm xong), học sinh tiếp tục làm thay cho tập nhà Muốn làm tốt điều người giáo viên soạn giáo án hướng dẫn học sinh