Bài giảng Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa

Khóa h
ọ
c
LTĐHDB V
ậ
t Lí

–
Th
ầ
y Đoàn
Công Th
ạ
o
Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa


Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 1
-




A. LÝ THUYẾT
1. Máy biến thế
a. Định nghĩa
+ Là dụng cụ biến đổi hiệu điện thế xoay chiều
+ Tác dụng: biến đổi hiệu điện thế xoay chiều
1

U
thành hiệu điện thế
2
U
;
1 2
U U
≠

+ Tần số của
1
U
và
2
U
là như nhau
b. Cấu tạo
Gồm 2 cuộn dây, có số vòng
1 2
,
N N
. Hai cuộn dây này được quấn trên 1 lõi thép kỹ thuật, lõi thép này
làm bằng tôn Silic, gồm nhiều lá thép mỏng ghép cách điện để chống dòng Phuco
Máy biến thế có các khung từ khép kín, khung từ này có tác dụng làm cho có bao nhiêu đường cảm
ứng từ xuyên qua 1 vòng dây của
1
N
thì có bấy nhiêu đường cảm ứng từ xuyên qua 1 vòng
2
N

1
U
đặt vào cuộn 1 sẽ tạo ra
2
U
ở cuộn 2, và ngược lại. Nếu khung từ không khép kín thì không có tính
thuận nghịch này.
Cuộn nối với mạng điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp. Vậy khái
niệm sơ cấp và thứ cấp chỉ là tương đối tùy thuộc vào cách nối
c. Nguyên tắc hoạt động
+ Hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
d. Sự biến đổi hiệu điện thế
1 2 1
2 1 2
U I N
k
U I N
= = =
: hệ số biến đổi hiệu điện thế
1
k
>
: Máy hạ thế
1
k
<
: Máy tăng thế
e.

Ứng dụng
-

Biến đổi U theo yêu cầu sử dụng điên dân dụng
-

Sử dụng truyền tải điện năng đi xa
2. Truyền tải điện năng đi xa
a.

Tại sao phải truyền tải
+ Vì nơi sản xuất và nơi tiêu thụ xa nhau
+Đặt ra vấn đề giảm công suất hao phí nhỏ nhất

MÁY BIẾN THẾ VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN
NĂNG ĐI XA
(TÀI LIỆU BÀI GIẢNG)
Giáo viên: ĐOÀN CÔNG THẠO

Khóa h
ọ
c
LTĐHDB V
ậ
t Lí

–
Th
ầ
y Đoàn

Công Th
ạ
o
Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa


Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 2
-


b.

Công thức tính
P
∆

2
.
P R I
∆ =
, mà
2
2
.
P P
I P R
U U
= ⇒ ∆ =

: Công suất hao phí điện năng trên đường tải
Cách giảm
P
∆

-

Cách 1: giảm R (ít sử dụng vì tốn kém )
-

Cách 2: Tăng U: dùng máy biến thế
B. BÀI TẬP
*Nhớ
1. Biến thế khung từ kín là tốc độ biến thiên từ thông qua một vòng cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng nhau =>
Có tính thuận nghịch
2. Biến thế khung từ hở thì do tốc độ biến thiên từ thông qua 1 vòng cuộn sơ cấp, thứ cấp không giống nhau
nên khi giải bài tập phải xây dựng lại lý thuyết biến đổi U
3. Biến thiên tự ngẫu, ở biến thế này thực tế chỉ có 1 cuộn dây, tùy theo cách đưa U vào và lấy U ra mà ta có
khái niệm cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp
4. Gặp đường dây tải không biến thế
2
V ra v r v r
P P P U I U I RI U U RI
= + ∆ ⇔ = + ⇔ = +

5. Nếu gặp đường truyền độ giảm điện thế trên dây tải có 2 máy biến thế
Vẽ sơ đồ truyền tải như hình vẽ, từ đó đưa ra các ký hiệu tương ứng cho 2 biến thế, tìm lời giải cho máy
biến thế
*Các ví dụ
Ví dụ 1:

(biến thế tự ngẫu và hiện tượng quấn ngược)
Cho một biến thế tự ngẫu, cho
12 23 34
1000 ; 2000
N N V N V
= = =
, đặt
12
100
U V
=

1.

23 13 14
, , ?
U U U
=

2.

Giả sử quấn ngược chiều các vòng còn lại thì
13 14
, ?
U U
=

Hướng dẫn giải
1.

12 12
23 12
23 23
1
U N
U U
U N
= = ⇒ =


12 12
13
13 13
1
2
U N
U
U N
= = ⇒


12 12
14
14 14
1
4
U N
U
U N
= = ⇒

Khóa h
ọ
c
LTĐHDB V
ậ
t Lí

–
Th
ầ
y Đoàn
Công Th
ạ
o
Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa


Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 3
-


2.

Nếu quấn ngược
13 12 23
14 13 34
0

U U U
U U U
= − =
= +

Ví dụ 2:
(Quan hệ
i i
U N
∼
)

Cho một biến thế như hình vẽ, mạch thứ cấp có 3 đầu ra 1; 2; 3. Nếu mắc siêu điện vào 1; 2 thì thì nước sôi
sau thởi gian
1
t
, Nếu mắc siêu điện vào 2; 3 thì thì nước sôi sau thởi gian
2
t
. Hỏi nếu mắc vào 1; 3 thì nước
sôi sau thòi gian t=? (các vòng dây quấn cùng chiều)
Hướng dẫn giải
Gọi Q là nhiệt lượng cần cung cấp để nước sôi, R là điện trở của ấm điện
2
12
1
2
23
12
2

13
. (1)
. (2)
. (3)
U
Q t
R
U
Q t
R
U
Q t
R

=



=



=



Từ (1), (2)=>
2 2
2 2
12 12 12

12 1 23 2
23 23 12 23
1 1 2
(4)
t t
U N N
U t U t
U N N N
t t t
= ⇒ = = ⇒ =
+
+

Từ (1), (3) =>
2 2
12 12
12 1 13
13 13
1
(5)
U Nt
U t U t
U N
t
= ⇒ = =

Từ (4), (5) =>
2
1 2
2

1 2 1 1 2
.
( )
t
t tt
t
t t t t t
= ⇒ =
+ +


Ví dụ 3
: (Biến thế khung từ hở)
Cho một biến thế khung từ hở như hình vẽ. Biết rằng trong mọi trường hợp hoa phí số đường cảm ứng từ ở
nhánh giữa luôn là 1/3. Nếu đặt vào 2 đầu cuộn 1, một hiệu điện thế
1
U
thì lấy ra ở cuộn 2 hiệu điện thế
xoay chiều
2
U
. Hỏi nếu đặt vào 2 đầu cuộn 2 hiệu điện thế xoay chiều
2
U
thì lấy
1
'
U
ở cuộn 1 là bao nhiêu
(chỉ có

1
U
đã biết )
Hướng dẫn giải
+ Khi đặt vào cuộn 1 hiệu điện thế
1
U
, gọi
1
t
∆Φ
∆
là tốc độ biến thiên trong 1 vòng cuộn 1
Khóa h
ọ
c
LTĐHDB V
ậ
t Lí

–
Th
ầ
y Đoàn
Công Th
ạ
o
Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa

Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 4
-


Ta có:
2 1
2
3
t t
∆Φ ∆Φ
=
∆ ∆
.Trong cuộn xuất hiện 1 suất điện động e
1
1 1 1
1
2 2 2
2
3
e N u
t
e N u
t
∆Φ

= − ≈



∆

∆Φ

= − ≈

∆


Khi lý tưởng hiệu điện thế 2 cuộn cùng pha
1 1 1 1
2 2
2 2
(1)
2 2
3 3
u N U N
u U
N N
= ⇔ =

+ Khi đặt vào cuộn 2 hiệu điện thế
2
U
, gọi
2
t
∆Φ
∆
là tốc độ biến thiên trong 1 vòng cuộn 2

Ta có:
1 2
2
3
t t
∆Φ ∆Φ
=
∆ ∆
;
2
2 2 2
2
1 1 1
'
2
' '
3
e N u
t
e N u
t
∆Φ

= − ≈


∆

∆Φ


= − ≈

∆

=>
2 2 2 2
1 1
1 1
2 2
' '
3 3
u N U N
u U
N N
= ⇔ =
(2)
Từ (1), (2) =>
1
2
1
1
'
2
3
u
u
=
 
 
 

Ví dụ 4:
(Biến thế mạch thứ kín)
Cho máy biến thế có k=2, cho
1
1
200 , 50 z, 100 ,
U V f H R L H
π
= = = Ω =
1.

Tìm C để
1
a
I
max.
1
a
I
max=?
2.

Tìm C để
1
1
4
I A
=
Hướng dẫn giải

1.

1 2
200 , 2 100
U V k U V
= = ⇒ =

2
2 1
1
50 z =100 ; ons ax ax
L L C
I
f H Z k c t I m I m Z Z C
I
= ⇒ Ω = = ⇒ ⇔ ⇔ = ⇒
2 2
2 1
1
ax
1
ax= 1A 2 ax
ax 2
U I m
I m I m A
R I m
= ⇒ = ⇒ =
2.

Tìm c để

1
1
4
I A
=

Từ
1 1
C
I I Z Z C
⇒ ⇒ ⇒ ⇒

Ví dụ 5
: (Đường dây truyền tải có biến thế)
Cho 1 đường dây truyền tải có biến thế, biết máy hạ thế có k=10, công suất ở nơi tiêu thụ là 12kW, dòng
điện ở nơi tiêu thụ là 100A, điện trở của đường dây tải là là 20
Ω

Khóa h
ọ
c
LTĐHDB V
ậ
t Lí

–
Th
ầ
y Đoàn
Công Th

ạ
o
Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa


Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 5
-


1.

Tìm hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn sơ cấp của máy hạ thế và dòng điện chạy trên đường dây tải
2.

Tìm hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn thứ cấp của máy tăng thế
3.

Nếu bỏ cả 2 biến thế nhưng nơi tiêu thụ như cũ thì hiệu điện thê ở đầu đường dây tải khi đó là bao
nhiêu. So sánh công suất hao phí trong 2 trường hợp: có biến thế và không có biến thế
Ví dụ 6:
(Bài toán về đường tải không biến thế)
Cho một đường dây truyền tải không biến thế. Ban đầu khi chưa tăng hiệu điện thế ở đầu đường dây tải thì
1
r
U U
=
, còn độ giảm hiệu điện thế trên đường dây tải là
1 1

U xU
∆ =

Để nơi tiêu thụ như cũ nhưng lại giảm công suất hao phí đi y lần so với trước thì ta phải tăng hiệu điện thế
ở đầu đường dây tải lên bao nhiêu lần so với trước (chỉ tính đáp số theo x, y)

Giáo viên :
Đoàn Công Thạo

Nguồn :
Hocmai.vn