C. 12566V. D. 125,66V.
Đáp án: Chọn B
Hướng dẫn: Suất điện động cực đại giữa hai đầu cuộn dây của phần ứng được tính theo công thức
E0 = NBSω với N là số vòng của cuộn dây, B là cảm ứng từ của từ trường do phần cảm gây ta tại vị trí đặt cuộn dây, S là tiết diện của mỗi vòng dây, ω là tần số góc của dòng điện xoay chiều. Mặt khác ta có từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là Ф0 = BS suy ra E0 = NФ0ω = 123,664V → Suất điện động hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây là E =
2 E0
= 88,858 V.
Phương pháp giải:
Bước 1: Đọc kĩ đầu bài, đổi đơn vị của tốc độ quay của rôto ra đơn vị vòng/s. Chú ý đến số cặp cực
từ của phần cảm.
Bước 2: Viết các công thức có liên quan tới bài toán, thường dùng các công thức trong số các công
thức sau:
- Mối quan hệ giữa tần số của dòng điện xoay chiều và tốc độ quay của phần cảm: f = .p 60
n
với n là tốc độ quay của phần cảm (vòng/phút); p là số cặp cực từ của phần cảm.
- Suất điện động cực đại xuất hiện trong phần ứng: E0 = NBSω = NФ0ω với N là số vòng của cuộn dây, B là cảm ứng từ của từ trường do phần cảm gây ta tại vị trí đặt cuộn dây, S là tiết diện của mỗi vòng dây, ω là tần số góc của dòng điện xoay chiều, Ф0 = BS là từ thông cực đại qua mỗi vòng dây. - Cách mắc dòng điện xoay chiều ba pha:
+ Cách mắc hình sao: có Id = Ip ; Ud = 3 Up. + Cách mắc hình tam giác: có Id = 3 Ip ; Ud = Up.
Bước 3: Lập luận và tính toán ta được kết quả.
Bước 4: trình bày bài giải hoặc chọn phương án trả lời.
Dạng 3: Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa
Ví dụ 1: Một máy hàn điện cấu tạo từ một máy biến thế, cuộn sơ cấp có 1000 vòng dây và có dòng
điện xoay chiều với cường độ 0,4 A chạy qua, cuộn thứ cấp có 5 vòng dây. Hãy tính cường độ dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp. (Bỏ qua mất mát năng lượng trên máy biến thế).
Bài giải:
Khi bỏ qua mất mát năng lượng trên máy biến thế ta có:
1 2 1 2 1 2 1 2 1000 .0, 4 5 N I N I I N = I → = N = = 80 A.
Vậy cường độ dòng điện qua cuộn thứ cấp là 80 A.
Ví dụ 2: Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2kV, hiệu suất trong quá trình truyền tải là H = 60%. Muốn hiệu suất trong quá trình truyền tải tăng đến 97,5% thì ta phải
A. tăng điện áp lên đến 4kV. B. tăng điện áp lên đến 8kV. C. giảm điện áp xuống còn 1kV. D. giảm điện áp xuống còn 0,5kV.
Đáp án: Chọn B.
Hướng dẫn: Công suất hao phí trong quá trình truyền tải được tính theo công thức 2 2
U r P P= ∆
trong đó P là công suất cần truyền tải đi xa, U là điện áp cần truyền tải, r là điện trở của đường dây truyền tải.
Hiệu suất của quá trình truyền tải là H = 1 - P
P ∆
Khi điện áp là U1 = 2kV ta có H1 = 60% = 0,6 → 2 1 1 U r P P P = ∆ = 0,4 (1) Khi điện áp là U2 ta có H2 = 97,5% = 0,975 → 2 2 2 U r P P P = ∆ = 0,025 (2) Từ (1) và (2) ta suy ra 4 U U 2 1 2 2 = → U2 = 4U1 = 8kV. Phương pháp giải:
Bước 1: Đọc kĩ đầu bài, lưu ý các từ có liên quan tới máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa. Bước 2: Viết các công thức sẽ dùng trong bài. Thường dùng các công thức trong số các công thức
sau:
- Công thức máy biến thế:
21 1 1 2 2 1 N N I I U
U = = trong đó U1, I1, N1 và U2, I2, N2 là điện áp, cường độ dòng điện, số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
- Công thức tính công suất hao phí trên đường dây truyền tải: 2 2 U
r P P=
∆ trong đó P là công suất cần truyền tải đi xa, U là điện áp cần truyền tải, r là điện trở của đường dây truyền tải.
- Công thức tính hiệu suất của quá trình truyền tải: H = 1 - P
P ∆
.
Bước 3: Tính toán theo yêu cầu của bài toán, loại các kết quả không phù hợp với thực tế (ví dụ: hiện
nay ở nước ta mới có đường dây truyền tải với điện áp lớn nhất là 500kV).
Bước 4: Trình bày bài giải hoặc chọn phương án trả lời.
3. Câu hỏi và bài tập vận dụng, bám sát chuẩn kiến thức, kĩ năng
5.1 Đối với dòng điện xoay chiều cách phát biểu nào sau đây là đúng? A. Trong công nghiệp, có thể dùng dòng điện xoay chiều để mạ điện.
B. Điện lượng chuyển qua một tiết diện thẳng của dây dẫn trong một chu kỳ bằng không.
C. Điện lượng chuyển qua một tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian bất kỳ đều bằng không.
D. Công suất toả nhiệt tức thời có giá trị cực đại bằng 2 lần công suất toả nhiệt trung bình. 5.2 Phát biểu nào sau đây là không đúng?
A. Điện áp biến đổi điều hoà theo thời gian gọi là điện áp xoay chiều.
B. Dòng điện có cường độ biến đổi điều hoà theo thời gian gọi là dòng điện xoay chiều. C. Suất điện động biến đổi điều hoà theo thời gian gọi là suất điện động xoay chiều.
D. Cho dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều lần lượt đi qua cùng một điện trở thì chúng toả ra nhiệt lượng như nhau.
5.3 Phát biểu nào sau đây là đúng với mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn cảm? A. Dòng điện sớm pha hơn điện áp một góc π/2.
B. Dòng điện sớm pha hơn điện áp một góc π/4. C. Dòng điện trễ pha hơn điện áp một góc π/2. D. Dòng điện trễ pha hơn điện áp một góc π/4.
5.4 Phát biểu nào sau đây là đúng với mạch điện xoay chiều chỉ chứa tụ điện? A. Dòng điện sớm pha hơn điện áp một góc π/2.
B. Dòng điện sớm pha hơn điện áp một góc π/4. C. Dòng điện trễ pha hơn điện áp một góc π/2. D. Dòng điện trễ pha hơn điện áp một góc π/4.
5.5 Một điện trở thuần R mắc vào mạch điện xoay chiều tần số 50Hz, muốn dòng điện trong mạch sớm pha hơn điện áp giữa hai đầu đoạn mạch một góc π/2
A. người ta phải mắc thêm vào mạch một tụ điện nối tiếp với điện trở. B. người ta phải mắc thêm vào mạch một cuộn cảm nối tiếp với điện trở. C. người ta phải thay điện trở nói trên bằng một tụ điện.
D. người ta phải thay điện trở nói trên bằng một cuộn cảm. 5.6 Đặt vào hai đầu tụ điện
4
10
C
π
−
= F một điện áp xoay chiều u = 141cos(100πt) V. Cường độ dòng điện qua tụ điện là
A. 1,41A. B. 1,00A. C. 2,00A. D. 100A.
5.7 Trong mạch RLC mắc nối tiếp, độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch phụ thuộc vào
A. cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch. B. điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch. C. cách chọn gốc tính thời gian để tính pha ban đầu. D. đặc tính của mạch điện và tần số dòng điện xoay chiều. 5.8 Phát biểu nào sau đây là không đúng?
Trong mạch điện xoay chiều không phân nhánh ta có thể tạo ra điện áp hiệu dụng A. giữa hai đầu cuộn cảm lớn hơn điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch. B. giữa hai đầu tụ điện lớn hơn điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch. C. giữa hai đầu điện trở lớn hơn điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch. D. giữa hai đầu tụ điện bằng điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm.
5.9 Mạch điện xoay chiều gồm RLC gồm điện trở thuần R (R = 30 Ω), tụ điện C (ZC = 20 Ω) và cuộn dây thuần cảm (ZL = 60 Ω) mắc nối tiếp. Tổng trở của mạch là
A. 50 Ω. B. 70 Ω.
C. 110 Ω. D. 2500 Ω.
5.10 Cho đoạn mạch xoay chiều AB gồm điện trở R = 100 Ω, tụ điện C 10 4 (F) π − = và cuộn cảm ) ( 2 H L π
= mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có dạng u = 200cos100πt (V). Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là
A. 2 A. B. 1,4 A. C. 1 A. D. 0,5 A.
5.11 Đại lượng nào sau đây được gọi là hệ số công suất của mạch điện xoay chiều?
A. sinφ. B. cosφ. C. tanφ. D. cotanφ.
5.12 Mạch điện nào sau đây có hệ số công suất lớn nhất? A. Điện trở thuần R1 nối tiếp với điện trở thuần R2. B. Điện trở thuần R nối tiếp với cuộn cảm L. C. Điện trở thuần R nối tiếp với tụ điện C. D. Cuộn cảm L nối tiếp với tụ điện C.
5.13 Một động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động bình thường khi điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mỗi cuộn dây là 220 V. Trong khi đó chỉ có một mạng điện xoay chiều ba pha do một máy phát ba pha tạo ra, suất điện động hiệu dụng giữa hai đầu mỗi pha là 127 V. Để động cơ hoạt động bình thường thì ta phải mắc theo cách nào sau đây?
A. Ba cuộn dây của máy phát theo hình tam giác, ba cuộn dây của động cơ theo hình sao. B. Ba cuộn dây của máy phát theo hình tam giác, ba cuộn dây của động cơ theo tam giác. C. Ba cuộn dây của máy phát theo hình sao, ba cuộn dây của động cơ theo hình sao.
D. Ba cuộn dây của máy phát theo hình sao, ba cuộn dây của động cơ theo hình tam giác. 5.14 Phát biểu nào sau đây là không đúng?
Khi có dòng điện xoay chiều ba pha đi vào động cơ không đồng bộ ba pha thì vectơ cảm ứng từ do cả ba cuộn dây gây ra tại tâm stato có
A. độ lớn không đổi. B. phương không đổi. C. hướng quay đều.
D. tần số quay bằng tần số dòng điện.
5.15 Stato của một động cơ không đồng bộ ba pha gồm 2 cặp cực từ, cho dòng điện xoay chiều ba pha tần số 50Hz vào động cơ. Từ trường tại tâm của stato quay với tốc độ bằng bao nhiêu?
A. 3000vòng/phút. B. 1500vòng/phút. C. 1000vòng/phút. D. 500vòng/phút. 5.16 Nhận xét nào sau đây về máy biến thế là không đúng?
A. Máy biến thế có thể tăng điện áp. B. Máy biến thế có thể giảm điện áp.
C. Máy biến thế có thể thay đổi tần số dòng điện xoay chiều. D. Máy biến thế có tác dụng biến đổi cường độ dòng điện.
5.17 Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2 kV và công suất 200 kW. Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và ở nơi thu sau mỗi ngày đêm chênh lệch nhau thêm 480 kWh. Hiệu suất của quá trình truyền tải điện là
A. H = 95%. B. H = 90%.
C. H = 85%. D. H = 80%.
5.18 Một vôn kế đo điện áp của một mạng điện xoay chiều, cho số chỉ 220 V. Hãy tính điện áp cực đại giữa hai đầu vôn kế đó.
5.19 Một khung dây gồm 100 vòng dây, diện tích mỗi vòng là 50 cm2, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ 0,2 T. Trục đối xứng của khung vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Khung dây quay quanh trục đối xứng với tốc độ góc 180 vòng/phút. Hãy tính:
a) Từ thông cực đại qua khung.
b) Suất điện động hiệu dụng trong khung dây.
c) Tần số của suất điện động xoay chiều trong khung.
5.20* Đặt một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 119 V vào hai đầu một chiếc đèn nêôn. Đèn sáng khi điện áp tức thời giữa hai đầu bóng đèn không nhỏ hơn 84 V. Xác định tỉ số giữa thời gian đèn nêôn sáng và thời gian đèn không sáng trong mỗi chu kì của dòng điện xoay chiều.
5.21 Đặt vào hai đầu một điện trở thuần R = 100 Ω một điện áp xoay chiều có dạng u = 220 2 cos(100πt) V. Hãy xác định cường độ dòng điện hiệu dụng và viết biểu thức cường độ dòng điện qua điện trở R.
5.22 Đặt vào hai đầu một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = π 1
H một điện áp xoay chiều có dạng u = 220 2 cos(100πt) V. Hãy xác định cường độ dòng điện hiệu dụng và viết biểu thức cường độ dòng điện qua cuộn cảm L.
5.23 Đặt vào hai đầu một tụ điện có điện dung C = π 100
μF một điện áp xoay chiều u khi đó cường độ dòng điện qua tụ điện có dạng i = 2,2 2 cos(100πt) A. Hãy viết biểu thức điện áp xoay chiều u giữa hai đầu tụ điện C.
5.24 Một điện trở thuần 150 Ω và một tụ điện có điện dung C = 16 μF được mắc nối tiếp với nhau và mắc vào mạng điện 100 V – 50 Hz. Hãy tính:
b) Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở thuần.
c) Độ lệch pha giữa cường độ dòng điện chạy qua mạch và điện áp giữa hai đầu đoạn mạch. 5.25 Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp, gồm điện trở thuần R = 100 Ω, cuộn thuần cảm L = π 2 H và tụ điện C = π 100
μF. Mắc nối tiếp vào mạch một ampe kế xoay chiều có điện trở không đáng kể. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có dạng u = 200cos(100πt) V. Hãy xác định:
a) Tổng trở của đoạn mạch. b) Số chỉ của ampe kế.
c) Biểu thức cường độ dòng điện chạy trong mạch và biểu thức điện áp giữa hai đầu điện trở, tụ điện.
d) Công suất tiêu thụ trong mạch.
5.26 Mạch điện xoay chiều R, L, C mắc nối tiếp, gồm điện trở thuần R, cuộn thuần cảm L = π 1
H và tụ điện C có điện dung thay đổi được. Mắc nối tiếp vào mạch một ampe kế xoay chiều có điện trở không đáng kể. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có dạng u = 200cos(100πt) V. Điều chỉnh điện dung của tụ điện sao cho ampe kế chỉ giá trị cực đại. Người ta thấy ampe kế khi đó chỉ 2 A. Hãy xác định:
a) Điện dung của tụ điện. b) Trị số của điện trở R.
c) Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch.
5.27 Một máy phát điện xoay chiều có rôto gồm 4 cặp cực từ. Hỏi rôto phải quay với tốc độ bao nhiêu để máy phát ra dòng điện có tần số 60 Hz.
5.28* Một động cơ không đồng bộ ba pha đấu theo hình sao vào mạng điện xoay chiều có điện áp dây 380 V. Động cơ có công suất 5kW và cosφ = 0,8, động cơ hoạt động bình thường. Hãy tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi pha của động cơ.
5.29 Một máy biến thế có cuộn sơ cấp gồm 2200 vòng được mắc vào điện áp xoay chiều 220V – 50Hz và lấy điện ra sử dụng ở các cuộn thứ cấp với các điện áp 5 V và 12 V. Hãy xác định số vòng của các cuộn thứ cấp tương ứng với các điện áp nói trên.
5.30 Một máy phát điện xoay chiều có công suất 1000 kW. Dòng điện nó phát ra sau khi tăng thế được truyền đi xa bằng đường dây có điện trở 20 Ω. Hãy tính công suất hao phí trên đường dây, nếu điện áp đường dây là:
a) 5 kV. b) 110 kV.
So sánh hiệu suất truyền tải trong hai trường hợp trên.
4. Câu hỏi và bài tập tổng hợp
5.31. Phát biểu nào sau đây là không đúng?
Tron mạch điện xoay chiều không phân nhánh khi điện dung của tụ điện thay đổi và thoả mãn điều kiện
LC 1
=
ω thì
A. cường độ dòng điện cùng pha với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch. B. cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch đạt cực đại.
C. công suất tiêu thụ trung bình trong mạch đạt cực đại. D. điện áp hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện đạt cực đại.
5.32 Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2 kV, hiệu suất trong quá trình truyền tải là H = 80%. Muốn hiệu suất trong quá trình truyền tải tăng đến 95% thì ta phải