Sử dụng phương pháp tóm tắt sơ đồ truyền tải chìa khóa giải các bài toán truyền tải điện năng

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÓM TẮT SƠ ĐỒ TRUYỀN TẢI – CHÌA KHỐ GIẢI BÀI TỐN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG I MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Bài toán truyền tải điện toán làm cho nhiều giáo viên hầu hết học sinh lúng túng, khó vận dụng kiến thức học vào để giải toán giải nhanh khó Băn khoăn với điều tơi nghiên cứu suy nghĩ đưa phương pháp giải hữu hiệu, giúp cho việc tư để giải toán cách khoa học, nhanh hiệu Tôi mạnh dạn đưa để giúp học sinh u thích tốn truyền tải điện gặp, học sinh khơng ngại gặp tốn Phương pháp có tên “Phương pháp tóm tắt sơ đồ truyền tải –chìa khố giải tốn truyền tải điện năng” 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đề tài để nâng cao thêm trình độ chuyên môn, thể tinh thần tự học, tự nghiên cứu đồng thời sử dụng vào việc giảng dạy hướng dẫn cho học sinh giải tập nhanh hiệu 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu toán truyền tải điện vật lý 12 mà sử dụng kỷ thuật toán học sơ đồ truyền tải 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHI ỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm Trong đề tài có liên quan đến số vấn đề tốn học sơ đồ truyền tải Do giáo viên cần trang bị tốt kiến thức toán học cách vẽ sơ đồ truyền tải cho học sinh để em vận dụng vào việc giải toán vật lý tốt Sơ đồ truyền tải chia làm ba phần: đầu đường, giữu đường cuối đường sau P Nhà máy điện P P Tăng áp P P’ I U U P’ Hạ áp U’ Nơi tiêu thụ P=P +P’ (1) với P = UIcosφ; P =U.I ; P’=U’I cosφ’ (2) Từ ta có UIcosφ =U.I+ U’I cosφ  Ucosφ =U + U’cosφ’ a Nếu hệ số cơng suất tồn đường dây 1: cosφ’=1  cosφ =1 U=U+U’ P U U ' p'  hay  + Tỉ lệ U tỉ lệ P: P U U p ' P H + Hiệu suất: P P2  P  R + Công suất hao phí đường dây: U2 - P = const  P  U - U = const P P2 - P’=const  P  P2 U2 + ta tóm tắt sơ đồ truyền tải cột sau P U P P’ Khi vận dụng phải lưu ý xem đại lượng khơng đổi xem tốn có cho giá trị thực hay cho giá trị tỉ lệ để kết hợp với phương pháp tỉ lệ vào giải b Bài toán nâng cao hệ số công suất cuối đường dây (nơi tiêu thụ)  cosφ’ 1 cosφ  � � ' U Khi + Ucosφ = U + U’cosφ’ U φ � '  U  U  U  U   U  U '� ' � + Hiệu suất H � � � U I P' P U � P U2 + Cơng suất hao phí P  R + Tỉ lệ P tỉ lệ U sau Pt U ' I cos  ' U ' cos  '   P I U U Trong trường hợp ta tóm tắt sơ đồ truyền tải cột gồm đại lượng chia làm nhóm đơn vị nhóm cơng suất nhóm điện áp P U P U P’ U’ 2.2 Thực trạng vấn đề Trong toán truyền tải điện có loạt mà tìm lời giải, phải trải qua nhiều phép biến đổi dài dòng phức tạp, khơng phải nhớ nhiều công thức không Cách làm không phù hợp thi trắc nghiệm gây trở ngại cho học sinh Một số tài liệu có đưa cách giải khơng rõ ràng, chưa phân loại 2.3 Giải pháp thực Trong toán truyền tải điện thường ta khảo sát biến thiên số đại lượng như: công suất truyền tải, cơng suất hao phí, hệ số cơng suất cuối đường dây 2.3.1 Các ví dụ áp dụng minh họa Ví dụ (Thi thử THPT Bình Dương 2018) Trong trình truyền tải điện xa, cần tăng điện áp nguồn lên lần để giảm cơng suất hao phí đường dây 100 lần, giả thiết công suất nhận nơi tiêu thụ không đổi u pha i Biết độ giảm ban đầu đường dây 15 % điện áp tải tiêu thụ A 8,7 B 9,7 C 7,9 D 10,5 HD: Const P U P’ P 115 U 15 100 100,15 xU 15/100 100 + U  15 115 xU 15 ' 15 ' ) � x  8, U � P  P ↔ 100  ( 15 100,15 U 100 100 Ví dụ Người ta truyền tải điện đến nơi tiêu thụ đường dây pha có điện trở R Nếu điện áp hiệu dụng đưa lên hai đầu đường dây U = 220V hiệu suất truyền tải điện 60% Để hiệu suất truyền tải tăng đến 90 % mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ khơng thay đổi điện áp hiệu dụng đưa lên hai đầu đường dây bao nhiêu? A 359, 26 V B 330 V C 134,72 V D 146,67 V HD: +H  P' P' �P P H P 100 200/3 U 220 U2 200 P P + P ~ � U ~ → U  100  P U P 40 20/3 const P’ 60 60 40 220  359, 26V 20 Ví dụ Điện từ trạm phát điện đưa đến khu dân cư đường dây truyền tải pha Biết điện áp nơi truyền tải tăng từ U lên 2U số hộ dân trạm phát cung cấp đủ điện tăng từ 120 hộ lên 156 hộ Coi công suất tiêu thụ hộ nhau, công suất cung cấp từ trạm không đổi, hệ số công suất đường dây truyền tải không đổi Để trạm phục vụ đủ điện cho 165 hộ dân điện áp nơi phát A 3U B 4U C 5U D 10U Const P 120+ x 156+ x 168 + P=const → ∆P~ U U 2U P U3 x x P’ 120 156 165 U2 x → x = 48 U 48  � U  4U + ∆P~ →  U U + 120+ x =156+ Ví dụ (ĐH 2013) Điện truyền từ nơi phát đến khu dân cư đường dây pha với hiệu suất truyền tải 90% Coi hao phí điện toả nhiệt đường dây không vượt 20 % Nếu công suất sử dụng điện khu dân cư tăng 20% giữ nguyên điện áp nơi phát hiệu suất truyền tải điện đường dây A 87,7 % B 89,2% C 92,8% D 85,8% HD P 100 x+108 Const U U U P 10 x P’ 90 108 + U=const→∆P ~P2 + 108.100 10 100  87, 68% ( ) � x  15,17 hiệu suất H  108  15,17 x x  108 Ví dụ (ĐH 2016) Từ trạm điện, điện truyền tải đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Biết công suất truyền đến nơi tiêu thụ không đổi, điện áp cường độ dòng điện ln pha Ban đầu, trạm điện chưa sử dụng máy biến áp điện áp hiệu dụng trạm điện 1,2375 lần điện áp hiệu dụng nơi tiêu thụ Để cơng suất hao phí đường dây truyền tải giảm 100 lần so với lúc đầu trạm điện cần sử dụng máy biến áp có tỉ lệ số vòng dây cuộn thứ cấp với cuộn sơ cấp A 8,1 B 6,5 C 7,6 D 10 HD P U + P '  U  1, 2375 t P 1,2375 8019/8000 U U U’ P 0,2375 0,2375/100 Const P’ 1 0, 2375 8019 P P2 ' + P =const →∆P~ � U ~ → U  8000 0, 2375  8,1 � N  U '  8,1 P U U 1, 2375 100 N1 U ’ Ví dụ Điện truyền từ nơi phát đến khu dân cư đường dây pha, điện áp hiệu dụng nơi phát điện 10 kv độ sụt áp đường dây 200V Biết công suất nơi tiêu thụ không đổi, cường độ dòng điện ln pha với điện áp đường dây Để cơng suất hao phí giảm 400 lần cần phải tăng điện áp hiệu dụng nơi phát lên tới giá trị gần giá trị sau ? A 196 kv B 185 kv C 178 kv D 152 kv HD: + U/∆U= 10000/200=50 →P/∆P= 50 P 50 19601/400 Const P’ 49 49 P 1/400 U 1000 U2 19601 P U P �  400 + P= const suy ∆P ~ � U ~ 10000 50 P U 1 400 � U  196010V ≈ 196 kv Ví dụ Một máy phát điện có tổ máy có cơng suất P Điện áp tạo qua máy tăng áp để đưa lên đường dây tải điện truyền đến nơi tiêu thụ Khi tổ máy hoạt động, hiệu suất truyền tải điện 95 % Khi tổ máy hoạt động (cả tổ máy ghép song song để nâng cao công suất ), hiệu suất truyền tải A 87,5% B 97,5% C 68% D 75% HD + H P' � P '  P.H P P Const U U U x P 0,05 x + U =const →∆P~P2 � 0, 05  ( ) � x  1, 25 � H  P’ 0,95 5- x  1, 25 100  75% Ví dụ Điện truyền từ nơi phát đến khu dân cư đường dây pha với hiệu điện hiệu dụng hai đầu nơi phát không đổi Ban đầu công suất tiêu thụ điện khu dân cư P, hiệu suất truyền tải H 1, sau người ta thay đổi dạng mạch điện tiêu thụ không làm thay đổi hệ số cơng suất tồn hệ thống Người ta thấy công suất sử dụng điện khu dân cư P, hiệu suất truyền tải H2 Tìm hệ thức A H1+H2=1 B H1=2H2 C H1-H2=0,1 D H1=H2 HD + H1  P' P' �P P H P H1 H2 Const U U U P P’ 1 -1 H1 -1 H2 + U=const → ∆P ~P2  H1 H1 H2  H1 H �  �  � H1 (1  H1 )  H (1  H ) � H1  H  1 H2 1  H H1 H 22 H2 Ví dụ Một máy phát điện gồm tổ máy có cơng suất P Điện sản xuất truyền đến nơi tiêu thụ với hiệu suất 90% Nếu tổ máy hiệu suất truyền tải bao nhiêu? A 78,75% B 88,75% C 68,75% D 98,75% HD + H1  P' � P '  P.H P P Const U U U P 0,8 P’ 7,2 1- x x x  0, 0125 100  98, 75% + U=const →∆P~P2 ↔ 0,8  ( ) � x  0, 0125 Vậy H  Ví dụ 10 (KSCL Thanh Hố năm học 2018-2019) Điện truyền từ nơi phát điện đến khu dân cư đường dây tải điện pha với hiệu suất truyền tải 90% Coi điện trở đường dây không đổi, hệ số công suất trình truyền tải tiêu thụ điện Nếu công suất sử dụng điện khu dân cư tăng x% giữ nguyên điện áp truyền hiệu suất truyền tải điện 82% Giá trị x A 64 B 45 C 41 D 50 HD P' P' + H  �P P H P 100 45 (100  x) 41 Const U U U + U=const →∆P~P2 ↔ P 10 81 (100  x) 410 P’ 90 0,9(100+x) 81(100  x) 45(100  x) ( ) � x  64 410.10 41.100 Ví dụ 11.(ĐH 2018) Điện truyền từ nhà máy phát điện gồm tổ máy đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Giờ cao điểm cần tổ máy hoạt động, hiệu suất truyền tải đạt 70% Coi điện áp hiệu dụng nhà máy không đổi, hệ số công suất mạch điện 1, công suất phát điện tổ máy hoạt động không đổi Khi công suất tiêu thụ điện nơi tiêu thụ giảm 72,5 % so với cao điểm cần tổ máy hoạt động? A B C D HD Const U U U P x  4, 06 x + ∆P~P2 → 2,  ( P 2,4 x P’ 5,6 4,06 x  4, 06 ) � x  0,936 Do P=4,996≈5 Ví dụ 12.(Đề minh hoạ 2019) Điện truyền từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Để giảm hao phí đường dây người ta tăng điện áp nơi truyền máy tăng áp lí tưởng có tỉ số số vòng dây cuộn thứ cấp số vòng dây cuộn sơ cấp k Biết công suất nhà máy điện khôngđổi, điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn sơ cấp không đổi, hệ số công suất mạch điện Khi k = 10 cơng suất hao phí đường dây 10% cơng suất nơi tiêu thụ Để cơng suất hao phí đường dây 5% cơng suất nơi tiêu thụ k phải có giá trị A 19,1 B 13,8 C 15,0 D 5,0 HD + Lúc đầu: k =10 P  Const P 110 110 +Lúc sau: P  + ∆P~ 10 ' P 100 U 10U0 xU0 P 10 P’ 100 110 21 2420 21 5 P ' � P  P 100 105 xU 10 ( )  21 � x  13,8 → 10U 110 U Ví dụ 13 (ĐH 2012) Điện từ trạm phát điện đưa đến khu tái định cư đường dây truyền tải pha Cho biết, điện áp đầu truyền tăng từ U lên 2U số hộ dân trạm cung cấp đủ điện tăng từ 120 lên 144 Cho chi tính đến hao phí đường dây, cơng suất tiêu thụ điện hộ dân nhau, công suất trạm phát không đổi hệ số công suất trường hợp Nếu điện áp truyền 4U trạm phát cung cấp đủ điện cho A 168 hộ dân B 150 hộ dân C 504 hộ dân D.192 hộ dân HD + P=const → ∆P~ Const P 120+ x 144+ x 152 U2 U U 2U 4U P x x 32 16 P’ 120 156 150 x → x = 32 + x +120 =144+ + P’ = P- ∆P = 152- = 150 Ví dụ 14 Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Ban đầu hiệu suất truyền tải 80% Cho công suất truyền không đổi hệ số công suất nơi tiêu thụ (cuối đường dây tải điện) 0,8 Nếu nhu cầu tiêu thụ điện cuối đường dây tăng lên 20% cần tăng điện áp hiệu dụng trạm phát lên lần so với ban đầu A 2,06 B 2,16 C 2,36 D 2,46 HD Const P 100 100 U 170 949 P 20 U P’ 80 96 U’ 5 30 U � P ~ U + P  R ' P ' U P U 'cos '  + U '  P.c os ' P U � + U   U  U '  U   U  U '� ' � + � U2 949   2,363 U1 170 Ví dụ 15 Điện truyền từ A đến B đường dây tải điện pha Cho công suất truyền không đổi hệ số công suất nơi tiêu thụ (cuối đường dây tải điện) 0,8 Khi điện áp truyền A U đáp ứng 92 % điện nơi tiêu thụ hiệu suất truyền tải 80% Để đáp ứng đủ điện tiêu thụ B điện áp truyền A A 1,26 U B 2,15U C 2,35U D 1,45U HD +H  P' P' �P P H Const P 115 115 U U1 U2 P 23 15 U 1,53 P’ 92 100 U’ 6,185 25/3 U � P ~ U R ' P ' U P U 'cos '  + U '  P.c os ' P U + P  754 U + U   U  U  U   U  U �    1, 269 � U  1, 269U U1 7, 213 � � � ' ' ' Ví dụ 16 (ĐH 2017) 10 Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Ban đầu hiệu suất truyền tải 80% Cho công suất truyền không đổi hệ số công suất nơi tiêu thụ (cuối đường dây tải điện) 0,8 Để giảm hao phí đường dây lần cần phải tăng điện áp hiệu dụng trạm phát điện lên n lần Giá trị n A 2,1 B 2,2 C 2,3 D 2,0 HD : Const P 100 100 U U1 U2 P 20 U P’ 80 95 U’ 10 23,75 + P giảm U2 giảm lần P U P ' U 'cos '  + U '  P.c os ' P U ' U + U   U  U '� '  U1  34;U  24,557 � U  2,1 Ví dụ 17.(ĐH 2017) Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Biết đoạn mạch nơi tiêu thụ (cuối đường dây tải điện) tiêu thụ điện với công suất khơng đổi có hệ số cơng suất ln 0,8 Để tăng hiệu suất trình truyền tải từ 80% lên 90% cần tăng điện áp hiệu dụng trạm phát điện lên A 1,33 lần B 1,38 lần C 1,41 lần D 1,46 lần HD : P 100 800/9 +H  U U1 U2 P 20 80/9 U 2, 25 const P’ 80 80 U’ 7,5 11,25 P' P' �P P H +PU2 P giảm 2,25 lần  U giảm 2, 25 lần + P ' U 'cos ' P ' U  �U '  P U P.cos ' U 34 + U   U  U '� '  U1= ; U2=12,065 U  1,38 11 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Qua trình giảng dạy, theo dõi so sánh nhiều năm lớp khố Thì tơi thấy học theo phương pháp không học theo phương pháp có thay đổi đáng kể Cụ thể học đến phần học sinh khơng bị lúng túng giải toán Đồng thời em say mê lơi nhiều người học Kết kiểm tra đánh giá sau: TT Mức độ Dạy không theo phương pháp Dạy theo phương pháp Khá, giỏi 37% 65% TB 45% 29% Yếu, 18% 6% III KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Đối với tất mơn học khơng riêng mơn Vật lý Nếu ta dạy lý thuyết kỹ bổ sung kiến thức có liên quan thiếu đặc biệt tốn học, đồng thời ta phân biệt rạch ròi dạng tốn Tơi chắn điều mang lại hiệu cao, giúp em gỡ bỏ nhiều khó khăn rút ngắn thời gian tiếp cận kiến thức Qua tạo cho em có tâm lý thoải mái, có hứng thú học tập để kết ngày lên 3.2 Kiến nghị Trong q trình thực đề tài tơi chắn điều khơng tránh khỏi thiếu sót khai thác chưa hết tập khó có liên quan Vì vậy, tơi mong nhận nhiều góp ý kiến đóng góp từ quý thầy cô đồng nghiệp để kinh nghiệm hoàn thiện mang lại hiệu Theo tơi sáng kiến kinh nghiệm có chất lượng ứng dụng cao nên đẩy lên mạng để người tham khảo học hỏi Tôi xin chân thành cảm ơn! Tài liệu tham khảo Đề thi Đại Học năm 12 Chu Văn Biên Bí luyện thi quốc gia môn vật lý theo chủ đề http://thuvienvatly.com.vn http://dethi.violet.vn XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa,ngày tháng5 năm 2019 CAM KẾT KHÔNG COPY (Tác giả ký ghi rõ họ tên) Đinh Ngọc Ninh DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN 13 Họ tên tác giả: Chức vụ đơn vị công tác: ., TT Tên đề tài SKKN Kết Cấp đánh đánh giá giá xếp loại xếp loại (Phòng, Sở, (A, B, Tỉnh ) C) Năm học đánh giá xếp loại * Liệt kê tên đề tài theo thứ tự năm học, kể từ tác giả tuyển dụng vào Ngành thời điểm 14 15 ... điện, điện truyền tải đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Biết công suất truyền đến nơi tiêu thụ không đổi, điện áp cường độ dòng điện ln pha Ban đầu, trạm điện chưa sử dụng máy biến áp điện. .. hợp ta tóm tắt sơ đồ truyền tải cột gồm đại lượng chia làm nhóm đơn vị nhóm cơng suất nhóm điện áp P U P U P’ U’ 2.2 Thực trạng vấn đề Trong toán truyền tải điện có loạt mà tìm lời giải, phải... ta tóm tắt sơ đồ truyền tải cột sau P U P P’ Khi vận dụng phải lưu ý xem đại lượng không đổi xem tốn có cho giá trị thực hay cho giá trị tỉ lệ để kết hợp với phương pháp tỉ lệ vào giải b Bài toán