Bài 6 máy BIẾN áp và TRUYỀN tải điện NĂNG

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BÀI 6: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Mục tiêu  Kiến thức + Viết công thức máy biến áp + Viết cơng thức tính cơng suất hao phí đường dây truyền tải hiệu suất truyền tải + Trình bày phụ thuộc cơng suất hao phí vào đại lượng q trình truyền tải điện  Kĩ + Vận dụng công thức máy biến áp truyền tải điện để giải toán liên quan + Biết cách làm giảm tối đa lượng điện hao phí đường dây truyền tải Trang A MÁY BIẾN ÁP I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Máy biến áp cịn gọi máy biến Định nghĩa Máy biến áp thiết bị hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp Cấu tạo máy biến áp Lưu ý: vai trò hai cuộn đổi cho xoay chiều mà khơng làm thay đổi tần số Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp gồm hai cuộn dây cố số vịng khác quấn lõi sắt kín Ngun tắc hoạt động: - Cuộn sơ cấp nối với nguồn điện xoay chiều E1 nên có dịng điện xoay chiều qua cuộn sơ cấp, tạo vùng không gian xung quanh từ trường biến thiên - Từ trường biến thiên xuyên qua tiết diện cuộn thứ cấp, tạo từ thông biến thiên cuộn thứ cấp, làm xuất suất điện động xoay chiều E2 cuộn thứ cấp Tùy thuộc vào số vòng dây hai cuộn mà suất điện động cuộn thứ cấp lớn nhỏ suất điện động mà cuộn sơ cấp lấy từ nguồn điện Công thức máy biến áp - Suất điện động cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây chúng: E1 N1  E2 N2 - Nếu bỏ qua điện trở dây quấn ta cơng thức máy biến áp mối quan hệ tỉ lệ điện áp U N cuộn dây số vòng dây cuộn:  U2 N2 - H Hiệu suất máy biến Nếu N2  N1 ta gọi máy biến áp máy tăng áp Nếu N2  N1 ta gọi máy biến áp máy hạ áp áp: P2 U2 I2 cos 2  P1 U1I1 cos 1 - Nếu máy biến áp lí tưởng (bỏ qua hao phí) cuộn thứ cấp nối với điện trở R ta có: Trang P1  P2  I1 U2  I2 U1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA MÁY BIẾN ÁP Định nghĩa Máy biến áp thiết bị có khả biến đổi điện áp xoay chiều Cấu tạo Hai cuộn dây có số vịng khác quấn lõi sắt kín Cơng thức U1 N1 I   U N I1 Nếu N2  N1 ta gọi máy biến áp máy hạ áp Nếu N2  N1 ta gọi máy biến áp máy tăng áp II CÁC DẠNG BÀI TẬP Bài tốn 1: Tính tốn đại lượng Phương pháp giải Ví dụ: Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm 1000 vịng dây, mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220 V Điện áp hai đầu cuộn thứ cấp để hở 110 V Tính số vịng dây cuộn thứ cấp Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định loại máy biến áp lí tưởng hay Máy biến áp máy biến áp lí tưởng khơng lí tưởng Bước 2: Xác định đại lượng đề cho đại Đề lượng đề hỏi cho: N1  1000 vòng, U1  220V , U2  110V Hỏi N2 Bước 3: Xác định công thức tương ứng xuất đại lượng trên: Máy biến áp lí tưởng: U1 N1  U2 N2 Công thức máy biến áp: U1 N1  U2 N2 Trang P1  P2  U1I1 cos 1  U2 I2 cos 2 Máy biến áp có hiệu suất H: P2 U I cos 2 H 2 H P1 U1I1 cos 1  N  N1 Bước 4: Rút đại lượng cần tính thay số U2 110  1000  500 (vịng) U1 220 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm 2200 vịng dây, mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220 V Mạch thứ cấp mắc với bóng đèn có hiệu điện định mức V Để đèn sáng bình thường cuộn thứ cấp, số vịng dây phải bằng: A 60 vòng B 200 vòng C 100 vòng D 80 vòng Hướng dẫn giải Để đèn sáng bình thường đèn hoạt động giá trị định mức nên hiệu điện cuộn thứ cấp với hiệu điện định mức đèn: U2  Udm  6V Áp dụng công thức máy biến áp: N2 U2 U   N2  N1  2200  60 (vòng) N1 U1 U1 220 Chọn A Ví dụ 2: Một máy biến áp với cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng mắc vào mạng điện xoay chiều Cuộn thứ cấp gồm 100 vòng Bỏ qua hao phí máy biến áp Cuộn thứ cấp nối với điện trở dịng điện chạy qua cuộn thứ cấp A Xác định dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp? A 0,05 A B 0,15 A C 60 A D 0,08 A Hướng dẫn giải Vì máy biến áp lý tưởng nên: I2 U1 N1 N 100    I1  I2   0,15  A  I1 U2 N2 N1 2000 Chọn B Ví dụ 3: Một máy hạ áp lý tưởng có tỉ số số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp Biết hệ số công suất mạch sơ cấp Người ta mắc vào hai đầu cuộn thứ cấp động 200 V - 400 W, có hệ số cơng suất 0,6 Nếu động hoạt động bình thường cường độ hiệu dụng cuộn sơ cấp là: A A B A C 2,5 A D 0,5A Hướng dẫn giải Cường độ dòng điện chạy cuộn thứ cấp: I2  P2 400 10   A U2 cos 2 200.0,6 Trang Do máy biến áp lý tưởng nên: P1  P2  U1I1  U2 I2 cos 2  Theo công thức máy biến áp: U1 I2 cos 2  U2 I1 U1 N1  2 U2 N2 Cường độ dòng điện chạy cuộn sơ cấp: I1  U2 10 I2 cos 2  0,6  1A U1 Chọn A Ví dụ 4: Một máy hạ áp hiệu suất 80% có tỉ số số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp Biết hệ số công suất mạch sơ cấp Người ta mắc vào hai đầu cuộn thứ cấp động 220 V - 440 W, có hệ số cơng suất 0,6 Nếu động hoạt động bình thường cường độ hiệu dụng cuộn sơ cấp là: A 0,75 A B 2A C 2,5 A D 0,5A Hướng dẫn giải Động hoạt động bình thường nên cường độ dòng điện chạy cuộn thứ cấp: I2  P2 440 10   A U2 cos 2 220.0,6 Do máy biến áp có hiệu suất 80% nên ta có cơng suất cuộn sơ cấp: P1  P2 U I cos 2 U I cos 2  U1I1  2   H H U2 I1H Theo công thức máy biến áp: U1 N1  4 U2 N2 10 U I2 cos 2 0,6   0,625A Cường độ dòng điện chạy cuộn sơ cấp: I1  U1 H 0,8 Động hoạt động bình thường hiệu điện định mức tiêu thụ công suất cơng suất định mức Bài tốn 2: Thay đổi hệ thống máy biến áp Phương pháp giải Ví dụ: Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp mắc vào nguồn xoay chiều có điện áp hiệu dụng 400 V, điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở 100 V Nếu tăng thêm 100 vòng dây cuộn thứ cấp điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở 150 V Tính số vòng dây cuộn sơ cấp Hướng dẫn giải Trang Bước 1: Viết công thức máy biến áp chưa thay Lúc đầu chưa thay đổi: U1 N1 N 400    U2 N2 N2 100 đổi thông số 1 Bước 2: Biểu diễn đại lượng thay đổi theo Số vòng dây cuộn thứ cấp sau thay đổi: đại lượng ban đầu N 2  N  100 (vòng) Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp: U 2  150 V Bước 3: Sử dụng kiến thức tốn học (giải hệ Cơng thức máy biến áp: phương trình, chia vế, ) để tính đại lượng đề yêu cầu U1 N N1 400    N  100 150 U 2 N 2  2 Chia vế với vế hai phương trình 1   : N  100 150   N  200 (vòng) N2 100  N1  800 (vịng) Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp lí tưởng điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi Nếu quấn thêm vào cuộn thứ cấp 90 vịng dây điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở thay đổi 20% so với lúc đầu Số vòng dây ban đầu cuộn thứ cấp là: A 1200 vòng B 300 vòng C 450 vòng D 600 vòng Hướng dẫn giải Gọi U1 U2 điện áp hai đầu cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp lúc đầu, N1 N2 số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp lúc đầu Theo công thức máy biến áp: U1 N1  U2 N2 1 Quấn thêm vào cuộn thứ cấp 90 vòng, số vòng dây cuộn thứ cấp lúc này: N 2  N  90 (vòng) Số vòng dây cuộn thứ cấp tăng nên điện áp hai đầu cuộn thứ cấp tăng: U2  U2  20%U2  1, 2U2  V  Theo công thức máy biến áp: U1 N U1 N1    1, 2U N  90 U 2 N 2 Chia vế hai phương trình 1   : 1,   2 N  90  N  450 (vòng) N2 Chọn C Trang Ví dụ 2: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp lí tưởng điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi Nếu tăng số vịng dây cuộn thứ cấp thêm 20% điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở tăng thêm 40 V so với lúc đầu Điện áp hiệu dụng ban đầu cuộn thứ cấp để hở A 220 V B 200 V C 60V D 48 V Hướng dẫn giải Áp dụng công thức máy biến áp: Lúc đầu: N2 U2  N1 U1 1 Sau tăng số vòng N2 thêm 20%: N 2  N  20%N  1, 2N Ta có cơng thức máy biến áp lúc này: Thay 1 vào   ta được: 1, N 2 U 2 1, 2N U  40    N1 U1 N1 U1  2 U U  40   U  40  1, 2U  U  200  V  U1 U1 Chọn B Ví dụ 3: Một người định quấn máy hạ áp từ điện áp U1  220V xuống U2  90V với lõi khơng phân nhánh, xem máy biến áp lí tưởng, máy làm việc suất điện động hiệu dụng xuất vịng dây vơn/vịng Người quấn hồn tồn cuộn thứ cấp lại quấn ngược chiều vòng cuối cuộn sơ cấp Khi thử máy với điện áp U1  220V điện áp hai đầu cuộn thứ cấp đo 110 V Số vòng dây bị quấn ngược là: A 20 vòng B 15 vòng C 30 vòng D 10 vòng Hướng dẫn giải Số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp quấn đúng: N1  220 90  110 (vòng), N   45 (vòng) 2 Số vòng dây hiệu dụng sơ cấp quấn ngược n vòng: N1  N1  2n Áp dụng công thức máy biến áp: N2 U 2 45 110     n  10 (vòng) ' N1 U1 110  2n 220 Chọn D Gọi n số vòng dây bị quấn ngược sơ cấp → dòng điện chạy qua n cuộn dây ngược chiều so với vòng quấn từ trường mà tạo ngược chiều với từ trường vòng lại → Kết từ trường n vòng quấn ngược triệt tiêu từ trường n vòng quấn thuận Do ta coi cuộn dây bị 2n vịng dây Trang Ví dụ 4: Một học sinh quấn máy biến áp với dự định số vòng dây cuộn thứ cấp 0,8 lần số vòng dây cuộn sơ cấp Do sơ suất nên cuộn thứ cấp bị thiếu số vòng dây Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp thêm vào cuộn thứ cấp cho đủ, học sinh đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi, dùng vôn kế xác định tỉ số điện áp cuộn thứ cấp để hở cuộn sơ cấp Lúc đầu tỉ số điện áp 0,4 Sau quấn thêm vào cuộn thứ cấp 25 vịng dây tỉ số điện áp 0,5 Bỏ qua hao phí máy biến áp Để máy biến áp dự định, học sinh phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp A 84 vòng dây B 40 vòng dây C 100 vòng dây D 75 vòng dây Hướng dẫn giải Áp dụng công thức máy biến áp: Khi quấn theo dự định: N2  0,8 1 N1 Với n số vòng dây quấn thiếu thứ cấp: N2  n  0, N1 Khi quấn thêm vào cuộn thứ cấp 25 vòng dây: Từ 1   : N  n  25  0,5 N1 N  n 0, N   N  2n  N1   2,5n N2 0,8 0,8 Thay   vào   :  2  3  4 2n  n  25  0,5  n  100 (vòng)  N2  200 (vòng) 2,5n Số vòng cần quấn thêm vào cuộn thứ cấp: 100  25  75 vòng Chọn D Bài tập tự luyện Bài tập Câu 1: Một máy biến áp lí tưởng có số vịng hai cuộn dây N1 N2 Nếu đặt vào hai đầu cuộn dây N1 điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây N2 3U Nếu đặt vào hai đầu cuộn dây N2 điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 6U điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây N1 A 2U B 3U C 4U D 9U Câu 2: Một máy biến áp lí tưởng dùng làm máy hạ áp gồm cuộn dây 100 vòng cuộn dây 500 vòng Khi nối hai đầu cuộn sơ cấp máy với điện áp hiệu dụng 100 V điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp A 50 V B 10 V C 500 V D 20 V Câu 3: Một máy biến áp, cuộn sơ cấp có 500 vịng dây, cuộn thứ cấp có 50 vịng dây Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn sơ cấp 100 V Hiệu suất máy biến áp 95% Mạch thứ cấp bóng đèn dây tóc tiêu thụ cơng suất 25 W Cường độ dịng điện qua đèn bằng: A 2,5 B 3,5 C 1,5 D Trang Câu 4: Một máy biến áp có tỉ số số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp 2,5 Bỏ qua hao phí máy biến áp Dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp A Nối cuộn thứ cấp với điện trở dịng điện chạy qua cuộn thứ cấp bao nhiêu? A 0,5 A B A C 60 A D 0,08 A Câu 5: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp lí tưởng điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100 V Người ta mắc vào hai đầu cuộn thứ cấp động 220 V, có hệ số cơng suất 0,8 Nếu động hoạt động bình thường cường độ hiệu dụng chạy qua động A, cường độ dịng điện chạy cuộn sơ cấp là: A A B 1,53 A C 2,5 A D 3,52A Câu 6: Một máy biến áp có hiệu suất 80% Cuộn sơ cấp có 150 vịng, cuộn thứ cấp có 300 vịng Cuộn sơ cấp nối với điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100 V Hai đầu cuộn thứ cấp nối với cuộn dây có điện trở hoạt động 100 cảm kháng 100 Công suất mạch sơ cấp là: A 150 W B 100 W C 250 W D 200 W Câu 7: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp lí tưởng điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở 400 V Nếu giảm bớt số vòng dây cuộn thứ cấp nửa so với ban đầu điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp A 100 V B 200 V C 600 V D 800 V Câu 8: Một máy biến áp cuộn sơ cấp gồm 1100 vòng mắc vào mạng điện xoay chiều 220 V cuộn thứ cấp để điện áp 15 V Nếu cuộn thứ cấp có 15 vịng dây bị quấn ngược tổng số vòng cuộn thứ cấp bao nhiêu? A 75 B 60 C 90 D 105 Câu 9: Một máy tăng áp có tỉ số vịng dây hai cuộn dây Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp điện áp xoay chiều có tần số 50 Hz Tần số dòng điện hai đầu cuộn thứ cấp bằng: A 50 Hz B 25 Hz C 100 Hz D 50 Hz Câu 10: Một máy biến áp lí tưởng có tỉ số số vịng dây cuộn sơ cấp số vòng dây cuộn thứ cấp 10 Mắc bóng đèn sợi đốt loại 24 V- 24 W vào hai đầu cuộn thứ cấp đèn sáng bình thường Cường độ dịng điện hiệu dụng cuộn sơ cấp bằng: A 0,2 A B 0,5 A C 0,1 A D 2A Câu 11: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp lý tưởng (bỏ qua hao phí) điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở 300 V Nếu giảm bớt phần ba tổng số vịng dây cuộn thứ cấp điện áp hiệu dụng hai đầu để hở là: A 100 V B 200 V C 220 V D 110 V Câu 12: Cuộn thứ cấp máy biến áp có 990 vịng Từ thơng lõi biến biến thiên với tần số 50 Hz giá trị từ thơng cực đại qua vịng dây mWb Tính suất điện động hiệu dụng cuộn thứ cấp? A 220 V B 156 V C 110V D 140 V Bài tập nâng cao Câu 13: Cuộn sơ cấp máy biến áp có N1  1000 vịng dây cuộn thứ cấp có N2  2000 vòng Hiệu điện hiệu dụng cuộn sơ cấp U1  110V cuộn thứ cấp để hở U2  216V Tỉ số điện trở R cảm kháng ZL cuộn sơ cấp là: Trang A 0,19 B 0,15 C 0,1 D 1,2 Câu 14: Một người định biến từ hiệu điện U1  110V lên 220 V với lõi không phân nhánh, không mát lượng cuộn dây có điện trở nhỏ, với số vịng cuộn ứng với 1,2 vịng/vơn Người hồn tồn cuộn thứ cấp lại ngược chiều vòng cuối cuộn sơ cấp Khi thử máy với nguồn thứ cấp đo U2  264V so với cuộn sơ cấp yêu cầu thiết kế, điện áp nguồn U1  110V Số vòng dây bị ngược là: A 20 B 11 C 10 D 22 Câu 15: Một học sinh quấn máy biến áp với dự định số vòng dây cuộn sơ cấp gấp hai lần số vòng dây cuộn thứ cấp Do sơ suất nên cuộn thứ cấp bị thiếu số vòng dây Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp thêm vào cuộn thứ cấp cho đủ, học sinh đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi, dùng vôn kế xác định tỉ số điện áp cuộn thứ cấp để hở cuộn sơ cấp Lúc đầu tỉ số điện áp 0,33 Sau quấn thêm vào cuộn thứ cấp 25 vịng dây tỉ số điện áp 0,38 Bỏ qua hao phí máy biến áp Để máy biến áp dự định, học sinh phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp A 45 vòng dây B 60 vòng dây C 85 vòng dây D 10 vòng dây B TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Truyền tải điện Khi truyền tải công suất P từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, điện truyền tải bị tiêu hao P P, U Ptt , U tt I, R đáng kể, chủ yếu tỏa nhiệt đường dây Do mạch mắc nối tiếp nên cường độ dòng điện nơi UR truyền đi, đường dây nơi nhận Công suất nơi truyền đi: P  UI cos  Công suất P2 R P  I2 R  U R I  U cos  hao U tt U phí: (trong R điện tt  UR I trở đường dây UR hiệu điện hai đầu đường dây truyền tải gọi độ giảm hai đầu đường dây truyền tải: UR  I.R ) Công suất nơi tiêu thụ: Ptt  Utt I.cos tt Ta ln có: P  P  Ptt U  U R  U tt (Nếu hệ số công suất ta có: U  UR  Utt Hiệu suất truyền tải: H  Ptt P  P  P P Trang 10 Tăng hiệu suất truyền tải Đối với hệ thống truyền tải điện với cos  P xác định, để tăng hiệu suất truyền tải cách giảm  P ta có hai cách: + Cách 1: Giảm điện trở R Cách tốn nên không áp dụng vào thực tế + Cách 2: Tăng điện áp U nơi phát máy tăng áp Khi tăng U lên n lần hao phí giảm n lần Đồng thời giảm điện áp nơi tiêu thụ tới giá trị cần thiết máy hạ áp SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HĨA II CÁC DẠNG BÀI TẬP Bài tốn 1: Tính tốn đại lượng truyền tải điện Phương pháp giải Ví dụ: Điện truyền tải từ nhà máy phát điện có cơng suất 10 MW đến nơi tiêu thụ Biết điện trở đường dây dẫn 50 , điện áp Trang 11 hai đầu đường dây truyền tải 500 kV hệ số công suất nơi truyền tải Tính cơng suất hao phí hiệu suất truyền tải Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định đại lượng đề cho hỏi Bài cho biết P  10MW  107 W , R  50 , U  500kV  500000 , cos   Bước 2: Áp dụng công thức truyền tải điện Cơng suất hao phí: P  P2 R  20  kW  U cos   P  Hiệu suất truyền tải: H  1  100%  99,8% P   Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Điện truyền tải từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ Biết công suất nhà máy điện 20 MW, điện áp nơi truyền 500 kV, hệ số công suất nơi truyền 0,8 hiệu suất truyền tải đạt 98,75% Điện trở đường dây truyền tải bằng: A 50 B 100 C 125 D 150 Hướng dẫn giải Hiệu suất truyền tải: H  P  P  P  P 1  H   250000  W  P Cơng suất hao phí: P  P2 R P.U cos   R   100    U cos  P2 Chọn B Ví dụ 2: Một đường dây tải điện xoay chiều pha xa nơi tiêu thụ km Dây dẫn làm nhơm có điện trở suất   2,5.108 m tiết diện ngang S  0,5cm2 Điện áp công suất trạm phát điện U  kV , P  540kW , hệ số công suất mạch điện cos   0,9 Hiệu suất truyền tải điện là: A 94,4% B 98,2% C 90% D 97,2% Hướng dẫn giải Chiều dài tổng cộng đường dây tải điện:  2s  2.3  6km  6.103 m 6.103 Điện trở dây tải: R    2,5.108  3 S 0,5.104 Công suất trạm phát: P  UIcos   540.103  6.103.I.0,9  I  100A Hiệu suất trình P I2 R 1002.3 truyền tải: H    1  1  0,944  94, 4% P P 540.103 Chọn A Trang 12 Chú ý: Vì đường dây dẫn có hai dây nên chiều dài dây dẫn gấp đôi khoảng cách nơi truyền nơi tiêu thụ Ví dụ 3: Điện truyền từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ đường dây dẫn có điện trở tổng cộng 40 Cơng suất truyền 196 kW với hiệu suất truyền tải 98% Điện áp hai đầu đường dây tải có giá trị nhỏ vào khoảng A 40 kV B 10 kV C 20 kV D 30 kV Hướng dẫn giải Cơng suất hao phí q trình truyền tải: P  1  H  P  1  0,98  P  0, 02.196  3,92 kW Dòng điện mạch: I  P 3,92.103   2A R 40 Điện áp hai đầu đường dây tải điện: U  P I cos  Để điện áp u nhỏ  cos  max  Khi đó, điện áp nhỏ là: U  P 196   19,8kV I Chọn C Ví dụ 4: Một máy phát điện gồm n tổ máy có cơng suất P Điện sản xuất truyền đến nơi tiêu thụ với hiệu suất H Hỏi tổ máy hiệu suất H bao nhiêu? (tính theo n H) A H  H n C H  B H  H n  H 1 n D H  nH Hướng dẫn giải Khi có n tổ máy hiệu suất: H   Trong đó: P   nP  R  U cos  Trong đó: P  P R  U cos  1  2 Khi tổ máy: H   P P   n 1  H  nP P P P    H P P  3  4 Từ 1   ta có: P  H  P n 1  H  Từ     ta có: P  P n Từ     ta có:  H 1 H  H n  H 1    H   H    n 1  H  n n n n 5 6 Trang 13 Chọn C Ví dụ 5: Một nơng trại dùng bóng đèn dây tóc loại 200 W - 220 V để thắp sáng sưởi ấm vườn vào ban đêm Biết điện truyền đến nông trại từ trạm phát, giá trị điện áp hiệu dụng trạm phát lả 1000 V, đường dây pha tải điện đến nơng trại có điện trở 200 máy hạ áp nông trại máy hạ áp lí tưởng Coi hao phí điện xảy đường dây tải Số bóng đèn tối đa mà nơng trại sử dụng lúc để đèn sáng bình thường bằng: A 66 B 60 C 64 D 62 Hướng dẫn giải Gọi công suất nơi phát P, công suất hao phí P  P2R số bóng đèn n U2 Các đèn sáng bình thường hoạt động giá trị định mức, nên nơi tiêu thụ có cơng suất P  n.Pdm  200n + Ta có: P  P  P  200n  P   200.n  P  P2 R U2 P 20  20P  106 P  2.108 n  1000 Để phương trình có nghiệm P    106   4.20.2.108 n   n  62,5 Vậy giá trị lớn n 62 Chọn D Bài toán 2: Sử dụng biến áp để thay đổi hệ thống truyền tải Phương pháp giải Khi sử dụng máy biến áp truyền tải điện Ví dụ: Điện trạm phát điện năng, điện áp nơi truyền thay đổi dẫn đến hàng truyền điện áp 20 kV (ở đầu đường dây tải) loạt đại lượng thay đổi như: cơng suất hiệu suất q trình truyền tải điện 80% hao phí, hiệu suất truyền tải, công suất nơi tiêu Coi công suất truyền không đổi Khi tăng điện thụ, áp đường dây lên đến 50 kV hiệu suất truyền tải điện là: A 92,4% B 98,6% C 96,8% D 94,2% Ta làm theo bước sau: Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định đại lượng đề cho hỏi Bài cho biết U  20kV , H  80% ,, U  50 kV hỏi hiệu suất H Bước 2: Viết biểu thức chứa đại lượng Trước thay đổi điện áp: trước sử dụng máy biến áp H  1 P P.R  1 P U cos  1 Trang 14 P  P  Ptt P P ; H  tt    P P  U  U R  U tt Sau thay đổi điện áp: H   Bước 3: Viết biểu thức chứa đại lượng sau P P.R  1 P U cos   2 sử dụng máy biến áp  P P P  P  Ptt ; H  tt    P P   U  UR  Utt Bước 4: Biến đổi toán học (thế, chia vế, ) để rút đại lượng đề yêu cầu tìm (có thể phải vẽ giản đồ vectơ hệ số công suất không sử dụng hình học để tính) Từ 1   P.R  1  H  U cos   H  U      P.R  H  U  1  H  2  U cos   H  20       H  0,968  96,8%  0,8  50  Ví dụ mẫu Ví dụ 1: 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 dịng điện ln 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 so với cuộn sơ cấp A 8,1 B 6,5 C 7,6 D 10 Hướng dẫn giải Bài cho biết: cos   , cos tt  , công suất tiêu thụ Ptt không đổi P  P  Ptt Khi chưa sử dụng máy biến áp:   U  U R  U tt Trong đó: U  1, 2375Utt  UR  U  Utt  0, 2375Utt P  P  Ptt Khi sử dụng máy biến áp:   U  UR  Utt Cơng suất hao phí: P  I2 R  U R I Vì cơng suất hao phí giảm 100 lần nên: I giảm 10 lần (lại có Ptt khơng đổi)  U tt I  Utt I  Utt  10U tt 10 UR giảm 10 lần  UR  U R 0, 2375U tt   0, 02375U tt 10 10 Trang 15  U  UR  Utt  10,02375Utt Tỉ lệ tăng áp so với ban đầu: U 10, 02375U tt   8,1 U 1, 2375U tt Chọn A Chú ý: Nếu hệ số cơng suất biểu thức vectơ trở thành: U  UR  Utt Công suất tiêu thụ khơng đổi U tt I thay đổi Sử dụng máy biến áp làm u thay đổi dẫn đến công suất truyền thay đổi Mẹo: Để thuận tiện, ta đặt ẩn U tt  a tính tất giá trị khác theo a Ví dụ 2: 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 tăng điện áp hiệu dụng trạm phát điện lên n lần Giá trị n là: A 2,1 B 2,2 C 2,3 D 2,0 Hướng dẫn giải Bài cho biết: cos tt  0,8 P không đổi Từ giản đồ, áp dụng định lí hàm cos: U tt U tt  U  U2R  U2tt  2.UR U tt cos tt I UR Đặt U tt  a Trước tăng điện áp: P  0, 2P  U R I  0, 2P H  0,8    Ptt  0,8P  U tt I.cos tt  0,8P  U tt cos tt 0,8 U a 34   UR  tt   U  U R2  U 2tt  2.U R U tt cos tt  a UR 0, 5 1 U a   Sau tăng điện áp, hao phí giảm lần nên UR giảm lần  UR  R   10   P  0, 05P  UR I  0, 05P   Ptt  0,95P  Utt I.cos tt  0,95P  Utt cos tt 0,95 19   U tt  a  U  UR2  Utt2  2.UR Utt cos tt  2, 46a UR 0, 05 Từ 1   :  2 U  2,1 U Chọn A Chú ý: Bài cho hệ số cơng suất khác Do ta cần vẽ giản đồ vectơ Nhận xét: Ta biết hệ số cơng suất nơi tiêu thụ, để tính U theo a ta cần tính UR theo a Trang 16 Bài tập tự luyện Bài tập Câu 1: Với công suất cần truyền tải, tăng hiệu điện hiệu dụng nơi truyền lên 20 lần cơng suất hao phí đường dây A tăng 400 lần B giảm 400 lần C tăng 20 lần D giảm 20 lần Câu 2: Người ta cần truyền công suất MW từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ cách km Hiệu điện hiệu dụng cuộn thứ cấp máy tăng áp U  100 kV Muốn độ giảm đường dây khơng q 1%U tiết diện đường dây dẫn phải thỏa điều kiện nào? Biết điện trở suất dây tải điện 1,7.108 m A S  5,8mm2 B S  5,8mm2 C S  8,5mm2 D S  8,5mm2 Câu 3: Người ta truyền tải điện từ A đến B hệ thống dây dẫn từ có điện trở 5 cường độ dịng điện hiệu dụng dây 60 A Tại B dùng máy hạ lý tưởng Cơng suất hao phí dây 5% công suất tiêu thụ B điện áp cuộn thứ cấp máy hạ có giá trị hiệu dụng 300 V ln pha với dòng điện qua cuộn thứ cấp Tỉ số vòng dây cuộn thứ cấp cuộn sơ cấp máy hạ là: A 0,01 B 0,004 C 0,005 D 0,05 Câu 4: Điện truyền từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ đường dây dẫn có điện trở tổng cộng 40 Công suất truyền 196 kW với hiệu suất truyền tải lả 98% Điện áp hai đầu đường dây tải có giá trị nhỏ vào khoảng: A 40 kV B 10 kV C 20 kV D 30 kV Câu 5: Điện tiêu thụ trạm phát điện truyền điện áp hiệu dụng kV Công suất 200 kW Hiệu số công tơ điện nơi phát nơi thu sau ngày đêm chênh lệch 480 kWh Hiệu suất trình tải điện là: A 94,24% B 76% C 90% D 41,67% Câu 6: Điện trạm phát điện truyền hiệu điện kV, hiệu suất trình truyền tải điện H  80% Muốn hiệu suất trình truyền tải tăng đến 95% ta phải: A Tăng hiệu điện lên tới kV B Tăng hiệu điện lên tới kV C Giảm hiệu điện xuống 0,5 kV D Giảm hiệu điện xuống kV Câu 7: Ở nơi phát người ta truyền công suất truyền tải điện 1,2 MW điện áp kV Điện trở đường dây truyền tải từ nơi phát tới nơi tiêu thụ 4,05 Hệ số công suất đoạn mạch 0,9 Giá điện 1000 đồng/1 số điện trung bình 30 ngày, số tiền khấu hao là: A 144 triệu đồng B 734,4 triệu đồng C 110,16 triệu đồng D 152,55 triệu đồng Câu 8: Người ta truyền tải dòng điện xoay chiều từ trạm phát điện cách nơi tiêu thụ 10 km dây dẫn kim loại có điện trở suất   2,5.108 m , tiết diện 0, 4cm2 Hệ số công suất mạch điện 0,9 Điện áp công suất trạm 10 kV 500 kW Hiệu suất trình truyền tải điện là: A 93,38% B 91,52% C 92,28% D 99,14% Bài tập nâng cao Câu 9: Điện truyền từ nơi phát đến khu dân cư đường dây pha với hiệu suất truyền tải 82% Coi hao phí điện toả nhiệt đường dây không vượt 30% Nếu công suất sử dụng điện khu dân cư tăng 25% giữ nguyên điện áp nơi phát hiệu suất truyền tải điện đường dây là: Trang 17 A 87,7% B 24,4% C 75,6% D 86,5% Câu 10: Tại điểm M có máy phát điện xoay chiều pha có cơng suất phát điện hiệu điện hiệu dụng hai cực máy phát không đổi Nối hai cực máy phát với trạm tăng áp có hệ số tăng áp k đặt Từ máy tăng áp điện đưa lên dây tải cung cấp cho xưởng khí cách xa điểm M Xưởng khí có máy tiện loại cơng suất hoạt động Khi hệ số k  xưởng khí có tối đa 120 máy tiện hoạt động Khi hệ số k  xưởng khí có tối đa 125 máy tiện hoạt động Do xảy cố trạm tăng áp người ta phải nối trực tiếp dây tải điện vào hai cực máy phát điện, xưởng khí cho tối đa máy tiện hoạt động? Coi có hao phí dây tải điện đáng kể Điện áp dòng điện dây tải điện pha A 93 B 102 C 84 D 66 Trang 18 ĐÁP ÁN A MÁY BIẾN ÁP 1-A 2-D 3-A 4-B 5-D 11 - B 12 - A 13 - A 14 - B 15 - B 4-C 5-C 6-C 7-B 8-D 9-A 10 - C 6-A 7-A 8-C 9-C 10 - A B TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 1-B 2-C 3-D Trang 19 ...A MÁY BIẾN ÁP I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Máy biến áp gọi máy biến Định nghĩa Máy biến áp thiết bị hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp Cấu tạo máy biến áp Lưu ý: vai... thức máy biến áp mối quan hệ tỉ lệ điện áp U N cuộn dây số vòng dây cuộn:  U2 N2 - H Hiệu suất máy biến Nếu N2  N1 ta gọi máy biến áp máy tăng áp Nếu N2  N1 ta gọi máy biến áp máy hạ áp áp:... tải điện vào hai cực máy phát điện, xưởng khí cho tối đa máy tiện hoạt động? Coi có hao phí dây tải điện đáng kể Điện áp dịng điện dây tải điện ln pha A 93 B 102 C 84 D 66 Trang 18 ? ?ÁP ÁN A MÁY