Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước khi truyền tải đi thì công suất tỏa nhiệt trên đường dây sẽ được hạn chế?. Phương án này khả thi hơn vì không tốn kém, và thường được[r]
(1)Máy biến áp - Sự truyền tải điện năng I MÁY BIẾN ÁP
1 Khái niệm Hình 1
- Là thiết bị có khả biến đổi điện áp (xoay chiều) khơng làm thay đổi tần số 2 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động
a Cấu tạo:
- Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vịng cuộn thứ cấp có N2 vịng Lõi biến áp gồm nhiều sắt
mỏng ghép cách điện với để tránh dòng Fu-cơ tăng cường từ thơng qua mạch Hình - Số vòng dây hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ máy mà N1 > N2
hoặc ngược lại
- Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện - Trong thực máy biến áp có dạng hình 1, việc biểu diễn sơ đồ máy biến áp có dạng hình
b Ngun tắc hoạt động:
- Đặt điện áp xoay chiều tần số f hai đầu cuộn sơ cấp Nó gây biến thiên từ thơng hai cuộn Gọi từ thông là: φ = φ0cosωt
- Từ thông qua cuộn sơ cấp thứ cấp : φ1 = N1φ0cosωt φ2 = N2φ0cosωt
- Trong cuộn thứ cấp xuất suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức
Từ ta thấy nguyên tắc hoạt động máy biến áp dựa vào tượng cảm ứng điện từ 3 Khảo sát máy biến áp
Gọi N1 N2 số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp
Gọi U1, U2 hiệu điện đầu cuộn sơ cấp thứ cấp
Gọi I1, I2 cường độ hiệu dụng dòng điện đầu cuộn sơ cấp thứ cấp
Trong khoảng thời gian Δt vô nhỏ từ thông biến thiên gây vòng dây hai cuộn suất điện động bằng:
Suất điện động cuộn sơ cấp là: Suất điện động cuộn thứ cấp:
=> Tỉ số điện áp đầu cuộn thứ cấp tỉ số vòng dây cuộn tương ứng
Tỉ số không đổi theo thời gian nên ta thay giá trị hiệu dụng ta , (1) Điện trở cuộn sơ cấp nhỏ nên , mạch thứ cấp hở nên , (2) Từ (1) (2) ta , (*)
• Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi máy tăng áp
(2)Vì hao phí máy biến áp nhỏ, coi công suất đầu cuộn thứ cấp sơ cấp , (**)
Từ (*) (**) ta có
Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp lần cường độ dịng điện giảm nhiêu lần ngược lại
Chú ý : Công thức (*) áp dụng cho máy biến áp cịn cơng thức (**) áp dụng hao phí khơng đáng kể hai đầu cuộn thứ cấp để hở
4 Truyền tải điện xa
Điện sản xuất truyền tải đến nơi tiêu thụ đường dây dẫn dài hàng trăm km Công suất cần truyền tải: , (1)
Trong : P công suất cần truyền đi, U điện áp nơi truyền đi, I cường độ dòng điện dây dẫn truyền tải, cosφ hệ số công suất
Từ (1) =>
Theo hiệu ứng nhiệt Jun- Lenxơ cơng suất hao phí ΔP dạng tỏa nhiệt vào khí ta có
với R điện trở đường dây
Vậy công suât tỏa nhiệt đường dây truyền tải điện xa
Để đến nơi sử dụng mục tiêu để giảm tải công suất tỏa nhiệt ΔP để phần lớn điện sử dụng hữu ích Có hai phương án giảm ΔP
• Phương án : Giảm R
Do nên để giảm R cần phải tăng tiết diện S dây dẫn Phương án không khả thi tốn kinh tế
• Phương án : Tăng U
Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước truyền tải cơng suất tỏa nhiệt đường dây hạn chế Phương án khả thi khơng tốn kém, thường sử dụng thực tế * Chú ý :
- Cơng thức tính điện trở dây dẫn Trong p(Ω.m) điện trở suất dây dẫn, ℓ chiều dài dây, S tiết diện dây dẫn
- Công suất tỏa nhiệt cơng suất hao phí đường dây, phần cơng suất hữu ích sử dụng
là
Từ hiệu suất q trình truyền tải
(3)điện áp : , với U2A điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp máy tăng áp A,
U1B điện áp đầu vào cuộn sơ cấp máy biến áp B
- Quãng đường truyền tải điện xa so với nguồn khoảng d chiều dài dây ℓ = 2d 5 Các ví dụ điển hình
Ví dụ : Một máy biến áp có tỉ số vịng dây , hiệu suất 96% nhận công suất 10(kW) cuộn sơ cấp hiệu hai đầu sơ cấp 1(kV), hệ số công suất mạch thứ cấp 0,8, cường độ dịng điện chạy cuộn thứ cấp có giá trị ?
* Hướng dẫn giải:
Gọi P1 công suất cuộn sơ cấp, P2 công suất cuộn thứ cấp máy biến áp
Theo ta có
Do với máy biến áp ta ln có Từ
Vậy cường độ dịng điện chạy cuộn thứ cấp máy biến áp 60A
Ví dụ 2: Người ta cần tải công suất MW từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ cách km Hiệu điện cuộn thứ cấp máy tăng U = 100 kV, độ giảm đường dây không 1% U Điện trở suất dây tải 1,7 10-8m Tiết diện dây dẫn phải thỏa điều kiện nào?
* Hướng dẫn giải:
Ta có d = km => ℓ = 10 km = 10000 (m) Độ giảm điện thế:
Mà
Thay số ta được:
Ví dụ 3: Người ta cần truyền công suất điện pha 10000kW hiệu điện hiệu dụng 50kV xa Mạch điện có hệ số cơng suất cosφ = 0,8 Muốn cho tỷ lệ lượng đường dây không 10% điện trở đường dây phải có giá trị nào?
* Hướng dẫn giải:
(4)Theo
Thay số ta
BÀI TẬP LUYỆN TẬP
Bài 1: Người ta cần tải công suất 1MW từ nhà máy điện nơi tiêu thụ Dùng công tơ điện đặt biến áp tăng đầu nơi tiêu thụ thấy số chúng chênh lệch ngày đêm 216Kw.h Tỷ lệ hao phí chuyển tải điện bao nhiêu?
Bài 2: Người ta cần chuyển tải điện từ máy hạ có hiệu điện đầu 220V đến hộ gia đình cách 1km Cơng suất nơi tiêu thụ 10KW yêu cầu độ giảm đường dây không qua 20 (V) Điện trở suất dây tải 2,8.10-8m tải tiêu thụ trở Tiết diện dây dẫn phải thỏa điều kiện gi?
Bài 3: Ta cần truyền công suất điện 1MW hiệu điện hiệu dụng 10 kV xa đường dây pha Mạch có hệ số công suất k = 0,8 Muốn cho tỉ lệ hao phí đường dây khơng q 10% điện trở đường dây phải có giá trị bao nhiêu?
Bài 4: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 100 vòng Điện áp cường độ dòng điện mạch sơ cấp 120V, 0,8A Điện áp công suất cuộn thứ cấp bao nhiêu?
Bài 5: Cơng suất hao phí dọc đường dây tải có điện áp 500kV, truyền cơng suất điện 12000kW theo đường dây có điện trở 10 bao nhiêu?
Bài 6: Một máy biến có cuộn sơ cấp 1000 vịng dây mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220V Khi điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở 484V Bỏ qua hao phí máy biến Số vịng dây cuộn thứ cấp bao nhiêu?