Đặng Việt Hùng Bài giảng Dòng điện xoay chiều
Mobile : 0985074831
Bài giảng:
Bài giảng:Bài giảng:
Bài giảng:


Máy biến áp
Máy biến áp Máy biến áp
Máy biến áp S
S S
Sự truyền tải điện năng
ự truyền tải điện năngự truyền tải điện năng
ự truyền tải điện năng


I. MY BIN P
1) Khỏi nim
- L nhng thit b cú kh nng bin i in ỏp (xoay chiu) v khụng lm thay i tn s ca nú.
2) Cu to v nguyờn tc hot ng
a) Cu to

(Hỡnh 1)
- Gm cú hai cun dõy : cun s cp cú N
1
vũng v cun th cp cú N
2

vũng. Lừi bin ỏp gm nhiu lỏ st mng ghộp cỏch in vi nhau
trỏnh dũng Fu-cụ v tng cng t thụng qua mch.
- S vũng dõy hai cun phi khỏc nhau, tu thuc nhim v ca mỏy m

cú th N
1
> N
2
hoc ngc li.
- Cun s cp ni vi mch in xoay chiu cũn cun th cp ni vi ti
tiờu th in.
- Trong thc th thỡ mỏy bin ỏp cú dng nh hỡnh 1, cũn trong vic biu
din s mỏy bin ỏp thỡ cú dng nh hỡnh 2


(Hỡnh 2)
b) Nguyờn tc hot ng
- t in ỏp xoay chiu tn s f hai u cun s cp. Nú gõy ra s bin thiờn t thụng trong hai cun. Gi t thụng
ny l: =
o
cos(t) Wb.
- T thụng qua cun s cp v th cp ln lt l
1
= N
1

o
cos(t) v
2
= N
2

o
cos(t)

- Trong cun th cp xut hin sut in ng cm ng e
2
cú biu thc
( )
2 2 o
d
e N sin t
dt

= =

T ú ta thy nguyờn tc hot ng ca mỏy bin ỏp da vo hin tng cm ng in t.
3) Kho sỏt mỏy bin ỏp
Gi N
1
. N
2
l s vũng ca cun s cp v th cp.
Gi U
1
, U
2
l hiu in th 2 u cun s cp v th cp.
Gi I
1
, I
2
l cng hiu dng ca dũng in 2 u cun s cp v th cp.
Trong khong thi gian t vụ cựng nh t thụng bin thiờn gõy ra trong mi vũng dõy ca c hai cun sut in ng
bng

o
e
t

=


Su

t

i

n

ng trờn m

t cu

n s

c

p l: e
1
= N
1
e
o


Su

t

i

n

ng trờn cu

n th

c

p: e
2
= N
2
e
o

Suy ra, t

s



i

n ỏp 2


u cu

n th

c

p b

ng t

s

vũng dõy c

a 2 cu

n t

ng

ng
2 2
1 1
e N
e N
=

T


s

e
2
/e
1
khụng

i theo th

i gian nờn ta cú th

thay b

ng giỏ tr

hi

u d

ng ta

c
2 2
1 1
E N
E N
=
,
(1)



i

n tr

thu

n c

a cu

n s

c

p r

t nh

nờn U
1
= E
1
, khi m

ch th

c


p h

nờn U
2
= E
2
,
(2)

T


(1)
v
(2)
ta

c
2 2
1 1
N U
N U
=
, (*)
N

u N
2
> N
1



U
2
> U
1
: g

i l mỏy t

ng ỏp.
N

u N
2
< N
1


U
2
< U
1
: g

i l mỏy h

ỏp.
Vỡ hao phớ


mỏy bi

n ỏp r

t nh

, coi nh

cụng su

t

2

u cu

n th

c

p v s

c

p nh

nhau.
1 2
1 2 1 1 2 2
2 1

U I
P P U I U I
U I
= = =
, (**)
U
1
U
2
N
2
N
1
§Æng ViÖt Hïng Bµi gi¶ng Dßng ®iÖn xoay chiÒu
Mobile : 0985074831
Từ (*) và (**) ta có
1 1 2
2 2 1
U N I
U N I
= =



Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm bấy nhiêu lần và ngược lại.


Chú ý:
Công th
ứ

c (*) luôn
đượ
c áp d
ụ
ng cho máy bi
ế
n áp còn công th
ứ
c (**) ch
ỉ

đượ
c áp d
ụ
ng khi hao phí không
đ
áng k
ể

ho
ặ
c hai
đầ
u cu
ộ
n th
ứ
c
ấ
p

để
h
ở
.
II. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG
Đ
i
ệ
n n
ă
ng s
ả
n xu
ấ
t
đượ
c truy
ề
n t
ả
i
đế
n n
ơ
i tiêu th
ụ
trên
đườ
ng dây d
ẫ

n dài hàng tr
ă
m km.

Công su
ấ
t c
ầ
n truy
ề
n t
ả
i
đ
i
ệ
n n
ă
ng
P = UIcosφ
,
(1)

Trong
đ
ó P là công su
ấ
t c
ầ
n truy

ề
n
đ
i, U là
đ
i
ệ
n áp t
ạ
i n
ơ
i truy
ề
n
đ
i, I là c
ườ
ng
độ
dòng
đ
i
ệ
n trên dây d
ẫ
n truy
ề
n t
ả
i,

cos
φ
là h
ệ
s
ố
công su
ấ
t.
Đặ
t
∆
P = I
2
R là công su
ấ
t hao phí, t
ừ

(1)
suy ra

( )
2
2
2
2
P P P R
I P I R= R
Ucosφ Ucosφ

Ucosφ
 
= →∆ = =
 
 

với R là điện trở đường dây.
Vậy công suất tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng đi xa là
( )
 
∆ = =
 
 
2
2
2
P P R
P R
Ucosφ
Ucosφ

Để khi đến nơi sử dụng thì mục tiêu là làm sao để giảm tải công suất tỏa nhiệt ∆P để phần lớn điện năng được sử dụng
hữu ích. Có hai phương án giảm ∆P:
♦
Phương án 1
: Giảm R.
Do
R
S
= ρ

l
nên
để
gi
ả
m R thì c
ầ
n ph
ả
i t
ă
ng ti
ế
t di
ệ
n S c
ủ
a dây d
ẫ
n. Ph
ươ
ng án này không kh
ả
thi do t
ố
n kém kinh t
ế
.
♦ Phương án 2 : T
ă

ng U.
B
ằ
ng cách s
ử
d
ụ
ng máy bi
ế
n áp, t
ă
ng
đ
i
ệ
n áp U tr
ướ
c khi truy
ề
n t
ả
i
đ
i thì công su
ấ
t t
ỏ
a nhi
ệ
t trên

đườ
ng dây s
ẽ

đượ
c
h
ạ
n ch
ế
. Ph
ươ
ng án này kh
ả
thi h
ơ
n vì không t
ố
n kém, và th
ườ
ng
đượ
c s
ử
d
ụ
ng trong th
ự
c t
ế

.



Chú ý:
- Công th
ứ
c tính
đ
i
ệ
n tr
ở
c
ủ
a dây d
ẫ
n R
S
= ρ
l
. Trong
đ
ó ρ (Ω.m) là
đ
i
ệ
n tr
ở
su

ấ
t c
ủ
a dây d
ẫ
n,
ℓ
là chi
ề
u dài dây, S là
ti
ế
t di
ệ
n c
ủ
a dây d
ẫ
n.
- Công su
ấ
t t
ỏ
a nhi
ệ
t c
ũ
ng chính là công su
ấ
t hao phí trên

đườ
ng dây, ph
ầ
n công su
ấ
t h
ữ
u ích s
ử
d
ụ
ng
đượ
c là
2
có ích
P
P P P P R
Ucosφ
 
= − ∆ = −
 
 

Từ đó hiệu suất của quá trình truyền tải điện năng là
có ích
P
P P P
H 1
P P P

− ∆ ∆
= = = −

- Sơ đồ truyền tải điện năng từ A đến B : Tại A sử dụng máy tăng áp để tăng điện áp cần truyền đi. Đến B sử dụng
máy hạ áp để làm giảm điện áp xuống phù hợp với nơi cần sử dụng (thường là 220V). khi đóđộ giảm điện áp :
∆
U =
IR = U
2A
– U
1B
, với U
2A
là điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp tại A, còn U
1B
là điện áp ở đầu vào cuộn
sơ cấp của máy biến áp tại B.
- Quãng đường truyền tải điện năng đi xa so với nguồn một khoảng là d thì chiều dài dây là ℓ = 2d.
III. CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH
Ví dụ 1: (Trích Đề thi Tuyển sinh Đại học 2010)
Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp lí tưởng (bỏ qua hao phí) một điện áp xoay chiều có giá trị
hiệu dụng không đổi thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 100 V. Ở cuộn thứ cấp, nếu giảm
bớt n vòng dây thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu để hở của nó là U, nếu tăng thêm n vòng dây thì điện áp đó
là 2U. Nếu tăng thêm 3n vòng dây ở cuộn thứ cấp thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu để hở của cuộn này bằng
A. 100 V. B. 200 V. C. 220 V. D. 110 V.
Hướng dẫn giải:
Gọi U
1
, N
1

là điện áp và số vòng dây trên cuộn sơ cấp của máy biến áp, theo bài thì U
1
, N
1
không đổi.
Gọi U
1
, N
1
là điện áp và số vòng dây trên cuộn thứ cấp.
Do máy biến áp lý tưởng nên ta có hệ thức
1 1 2
2 1
2 2 1
U N N
U U
U N N
= → =
, ban đầu
2
2 1
1
N
U U 100V.
N
= =

Khi giảm n vòng dây cho cuộn thứ cấp và tăng n vòng dây thì ta có điện áp trên hai đầu cuộn thứ cấp lần lượt là
§Æng ViÖt Hïng Bµi gi¶ng Dßng ®iÖn xoay chiÒu
Mobile : 0985074831

2
2 1
1
2
2
2
2
2 1
1
N n
U U U
N
N n
1
N 3n
N n
N n 2
U U 2U
N
−

= =

−

→ = ←→ =

+
+


= =



Khi tăng thêm 3n vòng dây thì ta có
2 2 2 2
2 1 1 1
1 1 1
N 3n N N N
U U U 2 U 200V.
N N N
+ +
= = = =

V
ậ
y sau khi t
ă
ng thêm 3n vòng cho cu
ộ
n th
ứ
c
ấ
p thì
đ
i
ệ
n áp hai
đầ

u cu
ộ
n th
ứ
c
ấ
p là 200 V.
Ví dụ 2: Một máy biến áp có tỉ số vòng dây
=
1
2
N
5
N
, hi
ệ
u su
ấ
t 96
%
%%
%
nh
ậ
n m
ộ
t công su
ấ
t 10 kW
ở

cu
ộ
n s
ơ
c
ấ
p và
hi
ệ
u th
ế

ở
hai
đầ
u s
ơ
c
ấ
p là 1 kV, h
ệ
s
ố
công su
ấ
t c
ủ
a m
ạ
ch th

ứ
c
ấ
p là 0,8. Tính giá tr
ị
c
ườ
ng
độ
dòng
đ
i
ệ
n
ch
ạ
y trong cu
ộ
n th
ứ
c
ấ
p.
Hướng dẫn giải :
G
ọ
i P
1
là công su
ấ

t c
ủ
a cu
ộ
n s
ơ
c
ấ
p, P
2
là công su
ấ
t
ở
cu
ộ
n th
ứ
c
ấ
p c
ủ
a máy bi
ế
n áp.
Theo bài ta có
2
2 1
1
P

0,96 P 0,96P 0,96.10 9,6 kW 9600W.
P
= → = = = =

Do v
ớ
i máy bi
ế
n áp ta luôn có
1 1 1
2
2 2
N U U
1000
5 U 200V.
N U 5 5
= = → = = =

T
ừ

đ
ó
2
2 2 2 2
2
P
9600
P U I cosφ I 60A.
U cosφ 200.0,8

= → = = =

Vậy cường độ dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp là 60 A.
Ví d
ụ
3: Ng
ườ
i ta c
ầ
n t
ả
i 1 công su
ấ
t 5 MW t
ừ
nhà máy
đ
i
ệ
n
đế
n m
ộ
t n
ơ
i tiêu th
ụ
cách nhau 5 km. Hi
ệ
u

đ
i
ệ
n
th
ế
cu
ộ
n th
ứ
c
ấ
p máy t
ă
ng th
ế
là U = 100 kV,
độ
gi
ả
m th
ế
trên
đườ
ng dây không quá 1% U.
Đ
i
ệ
n tr
ở

su
ấ
t các
dây t
ả
i là 1,7. 10
–8
m. Ti
ế
t di
ệ
n dây d
ẫ
n ph
ả
i th
ỏ
a
đ
i
ề
u ki
ệ
n nào?
Hướng dẫn giải:
Ta có d = 5 km
⇒
ℓ = 10 km = 10000 m.
Độ giảm điện thế
1 1000

U IR U 1kV 1000V R
100 I
∆ = ≤ = = → ≤
Mà
6
3
P 5.10 1000
ρ
P UI I 50A R 20
ρ
20 S
U 100.10 50 S 20
= → = = = → ≤ = Ω ⇔ ≤ ⇔ ≥
l l

Thay s
ố
ta
đượ
c
8
6 2 2 2
1,7.10 .10000
S 8,5.10 m 8,5mm S 8,5mm
20
−
−
≥ = = → ≥
Ví d
ụ

4: Ng
ườ
i ta c
ầ
n truy
ề
n m
ộ
t công su
ấ
t
đ
i
ệ
n m
ộ
t pha 10000 kW d
ướ
i m
ộ
t hi
ệ
u
đ
i
ệ
n th
ế
hi
ệ

u d
ụ
ng 50 kV
đ
i
xa. M
ạ
ch
đ
i
ệ
n có h
ệ
s
ố
công su
ấ
t cos
φ
= 0,8. Mu
ố
n cho t
ỷ
l
ệ
n
ă
ng l
ượ
ng m

ấ
t trên
đườ
ng dây không quá 10%
thì
đ
i
ệ
n tr
ở
c
ủ
a
đườ
ng dây ph
ả
i có giá tr
ị
nh
ư
th
ế
nào?
Hướng dẫn giải:
Công su
ấ
t hao phí khi truy
ề
n là
( )

2
2
2
P P R
P R
Ucosφ
Ucosφ
 
∆ = =
 
 

Theo bài thì
( )
( )
2
2
2
0,1. Ucosφ
P R
P 10%P P 0,1P 0,1P R
P
Ucosφ
∆ ≤ ⇔ ∆ ≤ ⇔ ≤ ⇔ ≤
Thay số ta được
( )
2
3
3
0,1. 50.10 .0,8

R 16Ω R 16Ω.
10000.10
≤ = → ≤