Một số giải pháp giải nhanh các dạng bài tập hay,lạ ,khó phần máy biến áp chương dòng điện xoay chiềuvật lí 12

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢI NHANH CÁC DẠNG BÀI TẬP HAY, LẠ, KHÓ PHẦN MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÍ 12 Người thực hiện: Dương Thị Hương Chức vụ : Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý THANH HOÁ, NĂM 2020 MỤC LỤC I MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm .1 II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm .1 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Giải pháp tổ chức thực .4 2.4 Hiệu áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 15 III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .15 DANH MỤC VIẾT TẮT Viết tắt BT KCN HS GV Cụm từ Bài tập Khu công nghiệp Học sinh Giáo viên I MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong năm gần đề thi THPT Quốc gia xuất nhiều câu hỏi vận dụng vận dụng cao phần máy biến áp, Với dạng toán thường có nhiều cách giải khác Đối với hình thức thi trắc nghiệm đòi hỏi phải đưa định nhanh xác phải đưa cách giải nhanh hiệu nhiều tài liệu tham khảo thường lựa chọn cách giải chi tiết bước cho toán Thiết nghĩ với tốn mở đầu dạng việc làm cần thiết phù hợp với cách thi tự luận Các toán phải tìm cách giải nhanh, giúp học sinh nhớ dạng toán học phát triển tới dạng lạ, khó từ dạng quen thuộc Để giúp em học sinh chinh phục câu khó phần máy biến áp đề thi THPT Quốc gia tơi xin trình bầy phương pháp giải nhanh số tốn khó phần máy biến áp cụ thể với đề tài: Một số giải pháp giải nhanh dạng tập hay,lạ ,khó phần máy biến áp chương “Dịng điện xoay chiều “ vật lí 12 1.2 Mục đích nghiên cứu - Giúp học sinh nắm kiến thức tìm cách giải hay, kỹ giải nhanh tốn hay, lạ, khó rút quy tắc, công thức để áp dụng cho dạng tập - Rèn luyện khả tư duy, suy luận cho học sinh - Rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức toán học để giải tập vật lý 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu phương pháp giải nhanh số dạng toán máy biến áp - truyền tải điện xa 1.4 Phương pháp nghiên cứu Đưa sở lý thuyết, phát triển tốn khó từ tốn bản.sử dụng phương pháp giải nhanh để giải toán phức tạp nhờ cơng cụ tốn học Sưu tầm hệ thống tập từ đề thi thử trường,đề thi TH PTQG,đề minh hoạ số câu tự biên soạn, phân loại tập hệ thống tập để em học sinh tiếp thu có hệ thống nhằm giúp em tiếp cận kiến thức dễ dàng Mỗi chủ đề tập chia làm phần cụ thể: Phần 1: Các kiến thức cần nhớ Phần 2: Bài tập ví dụ có lời giải Phần 3: Bài tập áp dụng em tự giải 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm - Đưa hệ thống tập hay, lạ, khó - Sắp xếp theo mạch logich dạng từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp - Đưa cách giải nhanh, có nhận xét số dạng đặc biệt II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm Thông qua giải BTVL thao tác tư thường xuyên rèn luyện, lực quan sát, trí nhớ, óc tưởng tượng, lực độc lập suy nghĩ…của HS không ngừng nâng cao, biết phê phán, nhận xét đúng, tạo hứng thú, niềm say mê học tập…để cuối tư HS rèn luyện phát triển thường xuyên Trong hoạt động dạy học, HS chủ thể hoạt động GV người tổ chức, điều kiển để phát huy tối đa lực độc lập suy nghĩ HS 2.1.1 Nội dung kiến thức máy biến áp a Định nghĩa + Máy biến áp thiết bị dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện xoay chiều khác tần số có điện áp khác b Cấu tạo + Máy biến áp gồm hai cuộn dây dẫn, có số vịng khác quấn lõi chung thép kỹ thuật (tơn silic) (xem hình a), cuộn dây dẫn thường đồng bọc men cách điện, có điện trở nhỏ Lõi gồm nhiều thép mỏng, hình khung chữ nhật rỗng khung trịn rỗng, ghép sát cách điện với c Nguyên tắc hoạt động + Hoạt động máy biến áp dựa tượng cảm ứng điện từ Một hai cuộn dây máy biến áp, gọi cuộn sơ cấp, nối với mạch điện xoay chiều Cuộn thứ hai gọi cuộn thứ cấp, nối với tải tiêu thụ Dòng điện xoay chiều cuộn sơ cấp làm phát sinh từ trường biến thiên lõi chung Từ thơng biến thiên từ trường qua cuộn thứ cấp (cùng quấn lõi chung) tạo suất điện động cảm ứng chạy cuộn thứ cấp gây dòng điện cảm ứng chạy cuộn thứ cấp chạy tải tiêu thụ Dòng điện có tần số với dịng điện cuộn sơ cấp d Sự biến đổi điện áp cường độ dòng điện qua máy biến + Gọi N1, N2 số vòng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp (xem hình bên) + Khi nối cuộn sơ cấp với mạch điện xoay chiều có điện áp dụng U1, dòng điện xoay chiều i1, cuộn sơ cấp làm phát sinh từ trường biến thiên điều hoà tập trung lõi biến áp Tại thời điểm từ thông  qua tiết diện lõi có giá trị tức thời Trong khoảng thời gian t nhỏ từ thông biến thiên gây cuộn dây sơ cấp e  N   e'  N' t , cuộn thứ cấp t u  i2 r2 N e' N'   Mà e2 u  i2 r2 , u1 e1  i1r1 nên (1) u1  i1 r1 N1 e N i1 N u thøcÊpnèivíi t¶i R tacã: i  ) (Chú ý i  N , Vµ nÕu R + Từ suy + Thơng thường điện trở cuộn sơ cấp nhỏ nên điện áp u hai đầu cuộn sơ cấp có giá trị xấp xỉ suất điện động e1 + Nếu mạch thứ cấp hở điện áp u hai đầu cuộn thứ cấp có giá trị suất điện động e2 Do đó: u' e' N'   u e N (2) Điện áp suất điện động hai cuộn sơ cấp thứ cấp biến thiên điều hoà pha, tần số, nên ta thay giá trị tức thời giá trị hiệu dụng: U ' N'  (3) U N + Vậy tỉ số điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp cuộn sơ cấp tỉ số vịng dây hai cuộn Nếu N2 > N1 U2 > U1: máy biến áp máy tăng áp Nếu N2 < N1 U2 < U1: máy biến áp máy hạ áp + Khi mạch thứ cấp nối với tải tiêu thụ thành mạch kín U < e2; nhiên người ta sử dụng công thức (3) công thức gần + Nếu dòng điện cuộn sơ cấp thứ cấp pha với điện áp công suất tiêu thụ hai mạch sơ cấp thứ cấp P = U1I1 P2 = U2I2 Nếu coi hao phí dịng Fucơ lõi toả nhiệt cuộn dây nhỏ khơng đáng kể, điện qua máy biến áp bảo tồn (có loại biến có hiệu suất đạt tới 99,5%), nghĩa công suất hai mạch sơ cấp thứ cấp nhau: P1 = P2, suy I U ' N'   I' U N Như máy biến áp tăng hiệu điện lên lần giảm cường độ dòng điện nhiêu lần ngược lại 2.1.2 Ứng dụng máy biến áp - Sự truyền tải điện + Máy biến áp dùng để tăng, giảm điện áp dòng điện xoay chiều, tạo điện áp lớn nhỏ tuỳ ý từ lưới điện công nghiệp (lưới điện cung cấp điện áp định) + Ứng dụng quan trọng máy biến áp vấn đề truyền tải điện xa Ở nhà máy phát điện, người ta dùng máy tăng áp để đặt lên đường dây truyền tải điện áp lớn (cao thế), giảm cơng suất hao phí đường dây; đến khu vực tiêu thụ người ta lại phải dùng máy hạ hộ sử dụng điện điện áp cịn điện áp thông dụng 110 (V) hay 220 (V) chẳng hạn + Điện sử dụng nơi, sản xuất số nhà máy phát điện lớn (thuỷ điện, nhịêt điện ) Vì cần phải truyền tải điện xa, đến nơi tiêu thụ điện Việc truyền tải điện dây dẫn phải thỗ mãn u cầu: giảm hao phí điện đường dây dẫn xuống mức thấp giảm chi phí xây dựng đường dây truyền tải điện + Giả sử cần truyền tải công suất điện P từ nhà máy điện đường dây dẫn đến nơi tiêu thụ + Gọi U điện áp hiệu dụng đầu đường dây truyền tải điện từ nhà máy phát điện R điện trở tổng cộng dây dẫn đường dây tải P U điện Cường độ dòng điện hiệu dụng đường dây tải điện I  Do hiệu ứng Jun-Lenxơ, cơng suất hao phí P đường dây toả nhiệt bằng: P  I R  P R U2 + Trong công thức đó, cơng suất P có giá trị khơng đổi (vì cơng suất nhà máy điện sinh mà ta cần truyền tải đi) Do muốn giảm cơng suất hao phí P phải giảm R tăng U, vừa giảm R vừa tăng U Trong  S thực tế giảm R nhiều được, theo cơng thức R   , có độ dài l dây (là độ dài đường dây truyền tải điện) khơng thể giảm được, cịn tăng tiết diện S dây tốn (phải tăng khối lượng dây dẫn tăng chi phí xây dựng đường dây) Vậy biện pháp sử dụng rộng rãi tăng điện áp U đầu đường dây tải điện Điều thực dễ dàng nhờ dùng máy biến áp (máy tăng áp) Dịng điện xoay chiều có điện áp tăng lên gọi dòng điện cao Quãng đường phải truyền tải điện dài điện áp phải cao Đến nơi tiêu thụ điện áp lại giảm xuống đến mức cần thiết nhờ máy hạ áp 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm - Đối với tốn liên quan đến cơng suất hao phí điện truyền tải từ nhà máy điện đến khu dân cư đa số học sinh lúng túng làm - Đối với tập phức tạp cần phải có kiến thức tốn đề giải xác định điện áp ,hiệu suất ,cường độ dòng điện học sinh chưa giải 2.3 Giải pháp tổ chức thực CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: Bài toán máy biến áp bỏ qua điện trở cuộn dây Cơ sở lý thuyết * Đây toán thường gặp đề thi đại học U1 N1 + Công thức máy biến áp: U  N 2 + Hiệu suất máy biến H P2 P1 áp mạch thứ cấp kín:  P U I cos  Víi   P2 U I cos  U I 2 Nếu xem cos  cos  H  U I 1 U I N + Khi mạch thứ cấp kín bỏ qua hao phí: H 100%  U  I  N 2 Một số ví dụ minh họa: Ví dụ 1: Một máy biến áp với cuộn sơ cấp gồm N1 1000  vßng mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng U 220 V  Cuộn thứ cấp gồm N 50  vßng Bỏ qua hao phí máy biến áp 1) Xác định điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp 2) Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ dịng điện chạy qua qua cuộn thứ cấp  A Hãy xác định dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp Hướng dẫn giải U N 1 1) Áp dụng công thức máy biến áp: U  N 2 N 50 + Suy điện áp cuộn thứ cấp: U U N 220 1000 11 V  U I N1 2) Khi mạch kín bỏ qua hao phí: U  I  N 2 N2 50 + Dòng điện qua cuộn sơ cấp; I  I N 1 1000 0,05  A Ví dụ 2: Cuộn sơ cấp máy biến áp gồm N1 1100  vßng mắc vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện hiệu dụng U 240 V  Cuộn thứ cấp nối với 20 bóng đèn giống có kí hiệu 12V  18W mắc song song Biết bóng đèn sáng bình thường hiệu suất máy biến áp 100 % Xác định số vòng dây cuộn thứ cấp cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp Hướng dẫn giải + Cường độ dòng hiệu dụng điện qua bóng đèn: Id  + Pd 18  1,5  A U d 12 Cường độ I 20 I d 20.1,5 30  A dòng hiệu U dụng I điện qua cuộn thứ cấp: N + Vì hiệu suất 100 % nên: U  I  N 2 U - Số vòng dây cuộn thứ cấp N  N1 U 55  vßng U - Dòng hiệu dụng qua cuộn sơ cấp: I  I U 1,5  A Ví dụ 3: Máy biến áp tự ngẫu dùng cho tải có cơng suất nhỏ máy biến áp có cuộn dây Biến tự ngẫu hình vẽ có cuộn ab gồm 1000  vßng Vòng dây thứ 320 kể từ a nối với chốt c Người ta nối a, b với mạng điện xoay chiều thành phố (cuộn ab lúc gọi cuộn sơ cấp) nối bc với tải tiêu thụ dịng qua tải có cường độ hiệu dụng 10  A hiệu điện hiệu dụng hai đầu tải 149,6 V  (đoạn bc lúc gọi cuộn thứ cấp) Tính điện áp dịng điện đưa vào biến áp Bỏ qua hao phí biến áp Hướng dẫn giải + Số vòng dây cuộn sơ cấp: N1 1000  vßng + Số vòng dây cuộn thứ N 1000  320 680  vßng U1 I2 cấp: N1 + Vì bỏ qua hoa phí nên: U  I  N 2 - Hiệu điện hiệu dụng đưa vào máy biến áp: U U N1 1000 149,6 220 V  N2 680 N 680 - Dòng hiệu dụng qua cuộn sơ cấp: I  I N 10 1000 6,8  A Ví dụ 4: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp AC gồm 2000 vịng dây, cuộn thứ cấp A’B’ gồm 1000 vòng dây để hở, quấn chiều phía khung sắt với cuộn sơ cấp AC Hai đầu cuộn sơ cấp mắc vào nguồn điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 200 V  tần số 50  Hz  sợi dây có điện trở R điện áp U AC 100 V  , cường độ dòng hiệu dụng 0,1  A Biết điện trở cuộn sơ cấp thứ cấp khơng đáng kể Xem mạch từ khép kín hao phí dịng phu khơng đáng kể (xem hình bên) 1) Xác định độ tự cảm cuộn AC 2) Xác định điện trở R 3) Xác định điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp mạch hở 4) Nối B’ với điểm B cuộn sơ cấp cắt đầu C khỏi mạch điện Nối đầu tự mạch (đầu vừa cắt khỏi C) với A’ Xác định điện áp hiệu dụng R Hướng dẫn giải 1) L Cảm kháng cuộn AC: ZL  U AC 100  1000() , I 0,1 Z L 1000 10    H  3,183 H   100  2) Mạch sơ cấp gồm R L nên: Z  R  Z L2  R  Z  Z L2 Mà Z  U nguån I  200 2000 () Z L 1000 () , nên: 0,1 2 R  2000  1000 103 () 1732() 3) Theo công thức máy biến áp: N U ' A 'B ' N t 1000   U' A 'B'  t U AC  10050(V) Vậy U AC NS NS 2000 hai điểm A’B’ 50 V  điện áp hiệu dụng 4) Khi nối B với B’ N với A’ dịng điện i’ cuộn A’B’ ln ngược chiều độ lớn với dòng điện i cuộn AB (xem hình vẽ) Do từ trường B B' chúng gây ngược chiều độ lớn  B =- B'  Từ trường tổng hợp B t lõi biến áp: B t = B + B' =0 + Vậy suất điện động cảm ứng cuộn dây ABB’A’: d NSB t  dB d   NS t 0 dt dt dt + Theo định luật ôm: u MN u MA  u AN u R  eCU u R  u R nên điện áp hiệu dụng U R U MN 200 V  Ví dụ 5: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp gồm N1 120 vòng dây, cuộn thứ cấp gồm N 50 vòng dây Hai đầu cuộn sơ cấp mắc vào nguồn điện xoay chiều có e cu  điện áp hiệu dụng 240 (V), hai đầu cuộn thứ cấp nối với mạch điện nối tiếp gồm tụ điện có điện dung biến thiên C nam châm điện có điện trở R 131,2    Biết điện trở cuộn sơ cấp thứ cấp không đáng kể Xem mạch từ khép kín hao phí dịng phu khơng đáng kể 1) Biết cường độ dòng hiệu dụng cuộn sơ cấp 0,275  A Xác định độ lệch pha điện áp dòng điện cuộn thứ cấp nhiệt lượng toả nam châm  giê 2) Biết tần số dòng điện f 50  Hz  , độ tự cảm nam châm L  H  Xác định điện dung tụ 5 3) Xác định C để điện cuộn sơ cấp cực đại, tính điện áp hiệu dụng hai tụ điện Hướng dẫn giải N 50  U  U1  240 100(V )  N1 120 U2 N2 I2      1) Ta có: U N1 I1  I  N I 120 0,275 0,66( A)  N 50 U 100 Tổng trở cuộn thứ cấp Z  I  0,66 151,5    + Độ lệch pha  điện áp dòng cuộn thứ cấp: cos   R 131,2      Z 151,5 + Nhiệt lượng toả nam châm phút: Q I 22Rt 0,662.131 ,2.603429 J  2) Cảm kháng nam châm: ZL = L = 100  20   5 Mà  Z  Z  R  Z  151,52  131,22  2095,6    C L Z 22 R   Z L  Z C    2  Z  Z  R  Z  151,52  131,22  20 55,6    : lo¹i L  C 1 6 + Điện dung tụ là: C  Z 100.95,6 33,3.10  F C 3) Khi dòng sơ cấp cực đại dịng thứ cấp đạt cực đại, tức mạch thứ cấp cộng hưởng: 1  159,2.10   F  Z C 100 20 U 100 2015,24 V  + điện áp hiệu dụng hai tụ: U C  Z C  R 131,2 Z C  Z L 20     C  Ví dụ 6: Đặt vào hai đầu A, B máy biến áp lí tưởng điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U khơng đổi Biết cuộn dây vịng thứ cấp tăng từ mức đến mức theo cấp số cộng Dùng vôn kế xoay chiều lý tưởng đo điện áp hiệu dụng đầu cuộn thứ cấp thu kết sau: U 50  3U10 ;U 40  U 20  4V ; 25U 30  U Tính U Hướng dẫn giải U x0 N x0  N Áp dụng công thức máy biến áp: U Áp dụng công thức cấp số cộng : N x  N10  ( x  1).N Giải chi tiết: U10 N10 N �  � U10  10 U � �U N N � U 50 N 50 N �  � U 50  50 U N N Áp dụng công thức máy biến áp: �U N N U 50  3U10 � 50 U  10 U � N 50  N10 N N N 50  N10  4N  N10 � 2N  N10 N N U N U 40  U 20  4V � 40 U  20 U  2N  10 U  U10  4V N N N N N N  2N U 30  30 U  10 U  2U10  8V N N �U  25U 30  25.8  200V B Dạng 2: Bài tốn cơng suất hao phí đường dây tải điện (Các BT phát triển tăng độ khó , rèn luyện tư đọc lập cho HS) Cơ sở lý thuyết: P Hiệu suất máy biến áp: H  P R U2 Cơng suất hao phí đường dây: P  I R  P Một số ví dụ minh họa: Ví dụ1: Một nhà máy phát điện có cơng suất 36  MW  , điện áp hai cực máy phát  kV  Để truyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ người ta nối hai cực máy phát với cuộn sơ cấp máy tăng áp nối hai đầu cuộn thứ cấp với nơi tiêu thụ sợi dây có tổng chiều dài 100  km  có diện tích tiết diện thẳng S 1 cm  làm hợp kim có điện trở suất  2.10   m  Số vòng dây cuộn thứ cấp máy biến áp gấp 50 lần số vòng dây cuộn sơ cấp Hiệu suất máy biến áp 90 % 1) Biết hệ số công suất cuộn thứ cấp 0,9 Xác định công suất, điện áp hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng nhận cuộn thứ cấp 2) Xác định cơng suất hao phí đường dây Hướng dẫn giải P 1) Theo định nghĩa hiệu suất máy biến áp: H  P 90 36 32,4  MW  100 + Công suất nhận cuộn sơ cấp: P2  HP1  U N 2 + Áp dụng công thức máy biến áp: U  N 1 N - Suy điện áp cuộn thứ cấp: U U N 4.50 200  kV  + Mà P2 U I cos  nên dòng hiệu dụng cuộn thứ cấp: P2 32,4.10 I2   180  A U cos  200.10 3.0,9  S 2) Điện trở đường dây: R   2.10  100.10 20    10  Cơng suất hao phí đường dây: P  I 22 R 180 2.20 0,648.10 W  0,648  MW  Ví dụ2: Điện áp hai cực trạm phát điện cần tăng lên lần để giảm công suất hao phí đường dây tải điện 100 lần, với điều kiện công suất truyền đến tải tiêu thụ không đổi? Biết chưa tăng điện áp, độ giảm đường dây tải điện 15% điện áp hai cực trạm phát điện Coi cường độ dịng điện mạch ln pha với điện áp Hướng dẫn giải + Ban đầu: U1 0,15U1 P1 0,15P1 P1 P1  P1 0,85.P1 + Lúc sau: P2 0,01.P1 P2 P2  P2 P1 0,0015P1 0,8515P1 Mặt khác:  P1  I 12 R U I   I 12 R 100 I 22 R I 10.I 2  P  I R   U I    2 +  U I 100 U I U 10.U P 0,01 P1  U 10.U   P1 U I U R U R U 10.U P2 0,8513.P1 U 0,8513.U  R R  P U I U U 2 2  R U 8,513U Ví dụ 3: Điện truyền tải từ nhà máy thủy điện đến khu dân cư có cơng suất tiêu thụ khơng đổi Khi truyền với điện áp U độ giảm điện áp đường dây tải điện U Coi cường độ dịng điện mạch ln 10 pha với điện áp đặt lên đường dây, điện trở đường dây ln khơng đổi Để hao phí đường dây giảm 144 lần cần tăng điện áp truyền lên lần Hướng dẫn giải Ta có: Ptt  IU tt khơng đổi → I U tt tỉ lệ nghịch với P  I R → P giảm 144 lần I giảm 12 lần (lưu ý, ta không dùng P  PR để biện luận tốn khơng ràng buộc điều kiện P không đổi) U2 Ta lập bảng số liệu cho hai trường hợp: Đại lượng Dòng điện Điện áp Độ giảm Điện áp truyền nơi tiêu thụ Ban đầu I U tt Lúc sau I 12 12U tt U 10 U 12.10 U nU Ta có: 12U tt  nU  U U � U� � � U  � nU   �  10,8 → 12 � → n  12 � 12.10 12.10 � 10 � � 10 � 120 Ví dụ 4: Một xưởng sản xuất hoạt động đặn liên tục ngày, 22 ngày tháng Điện lấy từ máy hạ áp có điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp 220V Điện truyền đến xưởng đường dây có điện trở tổng cộng 0,08  Trong tháng, đồng hồ đo xưởng cho biết xưởng tiêu thụ 1900,8 số điện (1 số điện = 1kWh) Coi hệ số công suất mạch Độ sụt áp đường dây tải A 4V B 1V C 2V D 8V Hướng dẫn giải Công suất tiêu thụ xưởng: P  �I  A 1900,8   10,8kW=10800W t 22.8 P 10800 540   A U cos  220.1 11 � Độ sụt áp đường dây tải: U  I R  540 0, 08 �4V 11 Ví dụ 5: Điện từ trạm phát điện đưa đến khu tái định cư dây truyền tải pha Cho biết, điện áp tạo đầu truyền tăng từ U lên 2U số hộ dân trạm cung cấp đủ điện từ 120 lên 144 Cho tính đến hao phí đường dây, công 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 đầy đủ điện cho A 168 hộ dân B 504 hộ dân C 192 hộ dân D 150 hộ dân Hướng dẫn giải Ta xét trường hợp:  Khi U tăng lên  cơng suất hao phí giảm 4:  Cơng suất điện cấp cho hộ dân tăng lên P 3P tương ứng với 144  120  24 hộ dân  Khi U tăng lên  công suất hao phí giảm 16: P 16 15P Cơng suất điện cấp cho hộ dân tăng lên tương ứng với 16 15P 24 16  30 hộ dân 3P  Điện áp 4U cấp đủ cho 120  30  150 hộ dân 10 Ví dụ6: Một máy phát điện xoay chiều pha có cơng suất phát điện điện áp hiệu dụng hai cực máy phát không đổi Nối hai cực máy phát với trạm tăng áp (có hệ số tăng áp k) đặt M Từ máy tăng áp điện đưa lên dây tải cung cấp cho xưởng khí cách xa điểm M Xưởng khí có máy tiện loại, công suất hoạt động Khi hệ số k = xưởng khí có tối đa 125 máy tiện hoạt động Khi hệ số k = xưởng khí có tối đa 131 máy tiện hoạt động Coi có hao phí dây tải điện đáng kể Điện áp dòng điện dây tải điện pha Do xảy cố trạm tăng áp người ta phải nối trực tiếp dây tải điện vào hai cực máy phát điện, xưởng khí có tối đa số máy tiện hoạt động bao nhiêu? Hướng dẫn giải Gọi P công suất nhà máy phát điện U hiệu điện hai cực P0 công suất máy tiện ,R điện trở đường dây tải điện Ta có : Khi k = P = 125 P0 + ΔP1 R 2 Công suất hao phí P  I R  P U P = 125 P0+ ΔP1 = 125 P0+ P 2 với U1 = 2U R (1) 4U Khi k=4 P = 131 P0 + ΔP2 = 131 P0+ P Từ (1) (2) P R 32P0 U2 R (2) 16U nên P = 133 P0 Khi xảy sử cố P = N.P0 +ΔP với N số máy tối đa hoạt động 133 P0 = N.P0 + 32P0 Vậy N = 101 C Dạng 3: Hiệu suất truyền tải điện Cơ sở lý thuyết: + Gọi P1 , P2 công suất nguồn phát, Pt công suất nơi tiêu thụ Do công suất nơi tiêu thụ không đổi nên ta có: Pt  H1.P1  H P2 (1) P.R  H1 P1.U 2  Lại có: H   2 � SUY RA (2) U cos   H PU U2 (1  H ) H  U1 (1  H ) H + Gọi U điện áp hiệu dụng đầu đường dây truyền tải điện từ nhà máy phát điện R điện trở tổng cộng dây dẫn đường dây tải điện Cường P U độ dòng điện hiệu dụng đường dây tải điện I  Do hiệu ứng JunLenxơ, cơng suất hao phí P đường dây toả nhiệt bằng: P  I R  P R U2 Một số ví dụ minh họa: Ví dụ1: 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 11 cấp số vòng dây cuộn sơ cấp k Biết công suất nhà máy điện không đổi, 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% công suất nơi tiêu thụ Để cơng suất hao phí đường dây 5% cơng suất nơi tiêu thụ k phải có giá trị ? Hướng dẫn giải N2 U P2   k P  � U tăng k lần P giảm k lần N1 U1 U cos  Ta có: P  P  Ptie�uthu�(*) Khi k  10 : (*) � P  P  10.P � P  P (1) 11 Khi k � 10n (máy tăng áp lên n lần) hao phí giảm n2 lần: P 20.P P P  �  (2) 2 n n n 21 21 21 � k�  10 �13,8 Từ (1) (2), suy ra: n  11 11  * � P  Ví dụ 2: Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải pha có điện trở R Nếu điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây tải 220 V hiệu suất truyền tải 60% Để hiệu suất truyền tải tăng đến 90% mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ không thay đổi điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây có giá trị ? Hướng dẫn giải Gọi P1 , P2 công suất nguồn phát, Pt công suất nơi tiêu thụ Do công suất nơi tiêu thụ khơng đổi nên ta có: Pt  H1.P1  H P2 (1) Lại có: H   P.R  H1 P1.U 2 �  U cos   H PU Từ (1) (2) � U2  H1 H1  0,6 0,   � U2  220 �360 V U1  H2 H2  0,9 0,9 Ví dụ 3: Một cơng ty điện dùng đường dây tải điện với công suất truyền tải không đổi để cấp điện cho khu dân cư với hiệu suất truyền tải 90% Sau nhiều năm, dân cư giảm khiến cơng suất tiêu thụ khu giảm xuống 0,7 lần so với ban đầu phải sử dụng hệ thống đường dây tải điện cũ Cho hao phí đường dây tải điện có nguyên nhân chủ yếu tỏa nhiệt đường dây hiệu ứng Jun – Len-xơ Hệ số công suất mạch điện Tỉ số độ giảm dây hiệu điện tải dân cư thay đổi ? Hướng dẫn giải Gọi P công suất nơi phát Công suất nơi tiêu thụ lúc đầu là: H  Ptt � Ptt  0,9 P P Công suất nơi tiêu thụ lúc sau: Ptt� 0,9 P.0,  0, 63P � H � Ptt�  0, 63 P 12 Vì cos =1 � H= U tt U tt U U � 1 37   �  1 �  1  1   U U U tt  U  U tt H U tt� H � 0, 63 63 U tt Ví dụ 4: Điện truyền từ nhà máy điện A có cơng suất khơng đổi đến nơi tiêu thụ B đường dây tải điện pha Nếu điện áp truyền U B lắp máy hạ áp lý tưởng với hệ số biến áp 30 đáp ứng 20 nhu 21 cầu điện B Coi cường độ dòng điện điện áp áp pha với Muốn cung cấp đủ điện cho B với điện áp truyền 2U B phải dùng máy hạ áp lý tưởng có hệ số biến áp A 53 B 58 C 63 D 44 Hướng dẫn giải Gọi điện áp cuộn thứ cấp U0 Nếu hệ số hạ áp 30 điện áp cuộn sơ cấp 30U0 , hệ số hạ áp k điện áp cuộn sơ cấp kU0 Điện áp truyền U : P  P  20 1 P  21 2 Giải hệ (1) (2) suy P  64/ 3,P  4/ � 20 30U0 H1   � � P U � 20  2.30 � k  63 Ta có hiệu suất � 21 k �H  21  kU0 � P 2U � Điện áp truyền 2U : P  Ví dụ 5: Điện truyền từ nhà máy phát điện đến khu công nghiệp (KCN) đường dây tải điện pha Biết công suất nhà máy không đổi, hệ số công suất mạch điện Khi điện áp hiệu dụng nhà máy U, KCN, người ta lắp máy hạ áp với tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp số vòng dây cuộn thứ cấp 54 đáp ứng 12/13 nhu cầu tiêu thụ điện KCN Để cung cấp đủ điện cho KCN, người ta nâng điện áp nhà máy lên đến 2U Khi đó, KCN phải dùng máy biến áp có tỉ số số vịng dây cuộn sơ cấp số vòng dây cuộn thứ cấp ? A 117 B 114 C 111 D 108 Cách Hướng dẫn giải Gọi U  h/s điện áp cuộn thứ cấp Khi tỉ số 54 điện áp cuộn sơ cấp 54U0; tỉ số n điện áp cuộn sơ cấp nU0 Giả sử công suất tiêu thụ KCN 13 Khi điện áp truyền U hao phí P � P  P  12  1 Khi điện áp truyền 2U hao phí Từ (1) (2), suy P  P P �P  13   4 40 ; P  3 13 54U 12 12   0,9   3 P 40 / U 13 13 39 nU � H2      4 P 40 / 40 2U � H1  Chia vế với vế (3) cho (4), suy n  117 Cách Hướng dẫn giải P2tt U 2tt I U 2tt P2tt I1   → P1tt U1tt I1 U1tt P1tt I P không đổi, U tăng lần → U tt 13 � � I1  I2 13 13 � � 13 � � → U  �12 �    → máy hạ áp có k2  � �k1  � �  54   117 � � �6 � �6 � 1tt Ví dụ 6: Điện từ trạm điện truyền tới nơi tiêu thụ đường dây truyền tải pha Ban đầu điện áp truyền tải U hiệu suất truyền tải 50% Về sau nâng cấp nên điện áp truyền tải tăng lên lần, điện trở đường dây giảm 20% Xem hệ số cơng suất mạch truyền tải khơng đổi Tính hiệu suất lúc sau A 90% B 60% C 70% D 80% Hướng dẫn giải Lúc đầu ta có H t  P  Php1 P  1 Php1 P � Php1 P  0,5 Lúc sau Php  P P P P R2 0,5  hp1 � Php1  5Php � H   hp   hp1    0,9 2 U cos  P 5P Một số tập vận dụng: Bài 1: Điện truyền tải từ nhà máy đến nơi tiêu thụ với công suất truyền P không đổi Ban đầu hiệu suất trình truyền tải 80% Coi hệ số công suất mạch truyền tải giữ cos   Nếu người ta giảm điện trở dây dẫn xuống nửa lắp máy tăng áp với hệ số tăng k  trước truyền hiệu suất trình truyền tải A.0,996 B.0.995 C 0.991 D 1,123 Bài : Điện truyền từ nhà máy phát điện gồm tổ máy đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Coi điện áp hiệu dụng nhà máy không đổi, hệ số công suất mạch điện 1, công suất phát tổ máy hoạt động không đổi Khi hoạt động với tổ máy hiệu suất truyền tải 89% Khi hoạt động với tổ máy hiệu suất truyền tải A.0,93125 B.0.91295 C 0.19915 D 1,1523 Bài : Trong trình truyền tải điện xa máy biến áp Điện truyền từ nơi phát tới nơi tiêu thụ đường dây pha Cơng suất truyền khơng đổi, coi hao phí điện tỏa nhiệt đường dây Khi 14 tăng điện áp nơi phát lên thêm 200 kV hiệu suất truyền tải tăng từ 80% lên 95% Nếu tăng điện áp lên 300 kV so với lúc đầu hiệu suất truyền tải A.96,8% B.69.4% C 98,6% D 93,5% Bài 4: Một trạm phát điện truyền cơng suất 1000kW dây dẫn có điện trở tổng cộng 8 điện áp hai cực máy 1000V Hai cực máy nối với hai đầu cuộn sơ cấp máy tăng áp lý tưởng mà số vòng dây cuộn thứ cấp gấp 10 lần số vòng dây cuộn sơ cấp Biết hệ số công suất đường dây Hiệu suất trình truyền tải: A 92% B 95% C 80% D 87% Bài 5: Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải điện pha Ban đầu hiệu suất truyền tải 60% Cho công suất truyền không đổi hệ số công suất nơi tiêu thụ (cuối đường dây tải điện) ln 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.0,9 B.2,2 C 2,1 D 1,1 Bài 6: Điện truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ đường dây tải pha có điện trở R Nếu điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây tải 220 V hiệu suất truyền tải 60% Để hiệu suất truyền tải tăng đến 90% mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ khơng thay đổi điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây có giá trị gần A.420 V B.330 V C.460 V D.360 V 2.4 Hiệu áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Tiến hành dạy thực nghiệm cho học sinh ôn thi THPT Quốc Gia trường THPT Nguyễn Mộng Tuân qua nhiều năm thấy hiệu rõ rệt Học sinh khơng cịn lúng túng gặp tập vận dụng, vận dụng cao phần Các em chinh phục tốt phần tập máy biến áp đề thi PTTH Quốc gia năm Trong đề minh họa năm 2020 em giải tốt tập phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Để ôn luyện tốt kiến thức phần máy biến áp trước hết em học sinh phải đọc lại kiến thức phần sách giáo khoa, em đọc phương pháp giải làm tâp ví dụ Trong q trình đọc sách khơng nên đọc lời giải trước mà phải cố gắng suy nghĩ tự tìm tịi lời giải Nếu khơng làm đọc phần hướng dẫn giải Sau em tiếp tục đọc làm tập vận dụng lần để củng cố lại kiên thức Tôi hi vọng với đề tài : Một số giải pháp giải nhanh dạng tập hay,lạ ,khó phần máy biến áp chương “Dịng điện xoay chiều “ vật lí 12 , tài liệu bổ ích giúp em ôn luyện làm tâp tốt phần XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hoá, ngày 06 tháng 07 năm 2020 Tôi xin cam đoan SKKN mình, khơng chép nội dung người khác 15 NGƯỜI VIẾT Dương Thị Hương 16 ... tài: Một số giải pháp giải nhanh dạng tập hay,lạ ,khó phần máy biến áp chương “Dịng điện xoay chiều “ vật lí 12 1.2 Mục đích nghiên cứu - Giúp học sinh nắm kiến thức tìm cách giải hay, kỹ giải nhanh. .. máy biến áp a Định nghĩa + Máy biến áp thiết bị dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dịng điện xoay chiều khác tần số có điện áp khác b Cấu tạo + Máy biến áp gồm hai cuộn dây dẫn, có số. .. với tập phức tạp cần phải có kiến thức tốn đề giải xác định điện áp ,hiệu suất ,cường độ dòng điện học sinh chưa giải 2.3 Giải pháp tổ chức thực CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: Bài