Máy biến áp & Truyền tải điện năng- Máy phát điện và động cơ điện pps

Máy biến áp & Truyền tải điện
năng- Máy phát điện và động cơ
điện
PHẦN 1: Máy biến áp & Truyền tải điện năng
I.Tóm tắt lý thuyết:
1. Máy biến áp:
Ø Mạch thứ cấp không tải: ( N
2
<N
1 :
giảm áp, N
2
>N
1 :
tăng áp)
Ø Mạch thứ cấp có tải:(lí tưởng:
Trong đó:
U
1
(là điện áp hiệu dụng); E
1
(suất điện động hiệu dụng); I
1
(cường độ hiệu
dụng); N
1
(số vòng dây):của cuộn sơ cấp
U
2
(làđiệnáphiệudụng); E
2

(suất điệnđộng hiệudụng); I
2
(cường độ hiệu
dụng); N
2
( số vòng dây): củacuộn thứ cấp
ØHiệusuất của máy biến áp: H =
Trongđó: cosj
1
và cosj
2
: là hệ số công suất của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
(Hiệu suất của máy biến áp thường rất cao trên 95% )
2.Truyền tải điện năng:
Ø Công suất hao phí trên đường dây tải điện: P
hp
=
P
Phát
, U
Phát
: làc/suất & HĐT nơi phát; Nếu coj < 1 thì : P
hp
=
-Khi tăngU lên n lần thì công suất haophí P
hp
giảm đi n
2
lần.
Ø Độ giảm thế trên dây dẫn: U = R.I= =

Với: r ( hayR
d
): ( ) là điện trở tổng cộng của dây tải điện (lưu ý:
dẫn điện bằng 2 dây)
ρ: điện trở suất đv: Ω.m; l: chiều dài dây dẫn đv: m; S: tiết diện
dây dẫn:đv: m
2
I : Cường độ dòngđiện trêndây tải điện
P : là công suấttruyền đi ở nơi cung cấp; U: là điện áp ở nơi cung cấp
cosj:là hệ số công suất của dây tải điện
Ø Hiệu suất tải điện: %.
Với: :Công suất truyền đi.
: Công suất nhậnđược nơitiêu thụ .
: Công suất hao phí
- Phần trăm công suất bị mất mát trên đường dây tải điện: đv: %
II.Bài tập :
MÁY BIẾN ÁP
a.Các ví dụ:
Ví dụ 1: Một máy biến áplí tưởng có hai cuộn dây lần lượt là 10000vòng và
200vòng.
a) Muốntăng áp thì cuộn nào là cuộn sơ cấp ?Nếu đặt vàocuộn sơ cấp điện
áp hiệudụng U
1
=220V thì điện áphiệu dụng ở cuộn thứ cấp bằng baonhiêu?
b)Cuộnnàocó tiết diện lớn
HDgiải: a)Để là máy tăng áp thì số vòng cuộn thứ cấp phải lớn hơncuộn sơ
cấp:
-Nên ta có: N
1
=200vòng, N

2
=10000vòng
-Điện áphiệu dụng ở cuộnthứ cấp: =
=11000V
b)Cuộn sơ cấp có tiết diệndâylớn hơnvì N
1 <
N
2
Ví dụ 2: Mộtmáy biến áp gồm có cuộn sơ cấp 300 vòng, cuộn thứ cấp 1500
vòng.Mắc cuộnsơ cấp vào mộtđiện ápxoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V.
a. Tínhđiện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp.
b. Cho hiệu suất của máy biến áp là 1 (không hao phí năng lượng). Tính
cường độ hiệu dụng ở cuộn thứ cấp, nếu cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp là
I
1
=2A.
Giải: a. Ta có .Điện áp hiệu dụngở cuộn sơ
cấp: V.
b. Tacó .Cường độ hiệu dụngcủa mạch thứ cấp:
A
Ví dụ 3: Một máy biến thế có cuộn sơ cấp 1000vòngdây được mắc vào
mạng điện xoay chiều cóđiện áp hiệu dụng 220V. Khi đó điện áphiệu dụnghai
đầu cuộn thứ cấp để hở là484V. Bỏ qua haophí của máy. Số vòng dây cuộn thứ cấp
là
A. 1100vòng B. 2000vòng C. 2200vòng D.
2500 vòng
Giải :Từ Thế số : N
2
= = 2200 vòng.
Chọn C

Ví dụ 4: Một máy biến ápmột phacó số vòngdây cuộn sơ cấp và thứ cấp lần
lượtlà 2000 vòng và 100 vòng.Điện áp và cường độ hiệu dụng ở mạchsơ cấplà
120V –0,8A. Bỏ qua mất mát điện năngthì điệnáp hiệu dụng và công suấtở mạch
thứ cấp là:
A. 6V – 96W. B. 240V– 96W. C. 6V –4,8W. D.
120V –4,8W.
Giải : Điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp: V.
Bỏ qua mấtmát điệnnăng thì P
2
= P
1
= U
1
.I
1
=120.0,8 = 96W. Vậy
chọn đáp án A.
Ví dụ 5: Cuộnthứ cấp của máy biến thế có 1000vòng.Từ thông xoaychiều
trong lõi biến thế có tần số 50Hz và giá trị cực đại 0,5mWb.Suất điện động hiệu
dụngcủa cuộn thứ cấp là:
A. 111V. B. 157V. C. 500V. D. 353,6V.
Giải : Chọn A. Hướng dẫn: Ta có:
đáp án A.
Ví dụ 6: Đặt vào hai đầucuộnsơ cấp củamột máy biếnápmộthiệu điện thế
xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100V. Cuộn sơ cấp có 2000 vòng, cuộn thứ cấp có
4000 vòng.
1.Tínhđiệnáp hiệu dụngở haiđầucuộn thứ cấpđể hở (giả thiếtbỏ qua điện
trở hoạt động R của cuộn sơ cấp).
2. Khi dùng vôn kế (có điện trở vô cùng lớn) để đo hiệu điện thế ở hai đầu
cuộn thứ cấpđể hở, người ta thấy vônkế chỉ 199V. So sánh kếtquả này với giá trị

ở câu 1 vàgiảithíchtạisao? Hãy xác định tỉ số giữa cảm kháng Z
L
của cuộn sơ cấp
và điện trở hoạt độngcủa nó.
Giải:
1. Ta có: .Điện áp hiệu dụng U
2
ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở là:
U
2
= U
1
= .100=200V
2. 199V<200V. Khi dùng vôn kế đo chỉ 199V, thấp hơn so với kết quả câu
một. Sự sai khác này là do cuộn sơ cấp này thựctế cóđiệntrở R.
U
L
có vai trònhư hiệu điện thế cuộn sơ cấp:
Với U
L
= U
1
’ và U
2
’=U
V
(U
V
là số chỉ vôn kế)
(V)

Lại có U
1
2
= =100 (V) V
Ta cótỉ số .Mà: U
L
=I.Z
L
; U
R
=I.R. Suyra:
b.Trắc nghiệm:
Câu 1. Một máy biến thế cóhiệusuấtxấpxĩ bằng100%, cósố vòng dâycuộn
sơ cấp gấp 10 lần số vòng dâycuộn thứ cấp.Máy biến thế này
A.làm giảm tần số dòng điện ở cuộn sơ cấp 10 lần.
B.làm tăng tần số dòngđiện ở cuộn sơ cấp 10 lần.
C.là máy hạ thế. D. là máy tăng thế.
Câu 2. Mộtmáybiếnthế có tỉ lệ về số vòng dây của cuộnsơ cấpvàcuộn thứ
cấp là 10. Đặtvào haiđầu cuộn sơ cấp một điện ápxoay chiều có giátrị hiệu dụng
là 200V, thì điệnáp hiệu dụng giữahai đầu cuộn thứ cấp là
A. 10 V. B. 10 V. C. 20 V. D. 20V.
Câu 3. Mộtmáy biếnthế gồm cuộnsơ cấpcó2500vòng dây,cuộn thứ cấpcó
100 vòngdây.Điệnáphiệu dụnghai đầucuộnsơ cấp là 220V. Điện áphiệu dụng
hai đầu cuộn thứ cấp là.
A. 5,5 V. B. 8,8 V. C. 16V. D. 11V.
Câu 4. Một máy biến áp có cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng, cuộn thứ cấp gồm
100 vòng. Điện áp và cường độ dòng điện ở mạch sơ cấp là 120V và 0,8A. Điện áp
và côngsuất ở cuộn thứ cấp là
A. 6 V;96 W. B. 240V; 96W. C. 6V; 4,8 W. D. 120 V; 48
W.

Câu 5(ĐH–2007): Một máy biến thế có cuộn sơ cấp 1000 vòng dây được
mắc vào mạng điện xoay chiều có hiệuđiện thế hiệu dụng 220 V. Khi đó hiệu điện
thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 484V. Bỏ qua mọi hao phí của máy
biến thế. Số vòng dâycủa cuộn thứ cấp là
A. 2500. B. 1100. C. 2000. D. 2200.
Câu 6: Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm2000 vòng và cuộn thứ
cấp gồm100 vòng. Điện áp và cường độ ở mạch sơ cấp là220 V; 0,8 A.Điện áp và
cường độ dòngđiện ở cuộn thứ cấp là
A. 11 V;0,04 A. B.1100 V; 0,04A. C. 11 V;16 A. D.
22 V; 16 A.
Câu 7: Một máy biến thế dùng trong máy thu vô tuyến có cuộn sớ cấp gồm
1000 vòng, mắcvào mạng điện 27V vàba cuộnthứ cấp để lấy ra các hiệuđiện thế
6,35V; 15V;18,5V.Số vòngdây của mỗi cuộn thứ cấp lần lượt là:
A. 71vòng,167vòng,207vòng B 71vòng, 167vòng, 146vòng
C. 50vòng, 118vòng, 146vòng D.71vòng, 118vòng, 207vòng
Câu 8: Một máy biến áp , cuộn sơ cấp có 500 vòng dây, cuộn thứ cấp có 50
vòngdây.Điệnáphiệudụngở haiđầu cuộn sơ cấplà100V.Hiệusuấtcủamáybiến
áp là 95%. Mạchthứ cấp là một bóng đèn dây tóc tiêu thụ công suất 25W. Điện áp
hiệu dụng có hai đầu cuộn thứ cấp là
A. 100V. B. 1000V. C. 10V. D. 200V.
Câu 9: Một máy biến áp , cuộn sơ cấp có 500 vòng dây, cuộn thứ cấp có 50
vòngdây.Điệnáphiệudụngở haiđầu cuộn sơ cấplà100V.Hiệusuấtcủamáybiến
áp là 95%. Mạch thứ cấp là một bóng đèn dây tóc tiêu thụ công suất 25W. Cường
độ dòngđiện quađèn bằng:
A. 25A. B. 2,5A. C. 1,5A. D. 3A.
Câu 10: Một máy biến áp , cuộn sơ cấpcó 500 vòng dây,cuộn thứ cấp có 50
vòngdây.Điệnáphiệudụngở haiđầu cuộn sơ cấplà100V.Hiệusuấtcủamáybiến
áp là 95%. Mạch thứ cấp là một bóng đèn dây tóc tiêu thụ công suất 25W. Cường
độ dòngđiện ở mạch sơ cấp bằng(coi hệ số công suất trong cuộn sơ cấp bằng1):
A. 2,63A. B. 0,236A. C. 0,623A. D. 0,263A.

Câu 11: Một máy biến thế có số vòng cuộn sơ cấpvà thứ cấp lầnlượtlà 2200
vòng và 120 vòng.Mắccuộnsơ cấp vớimạng điệnxoay chiều 220V – 50Hz, khi đó
hiệu điện thế hiệu dụnggiữa haiđầucuộn thứ cấp để hở là
A. 24V. B.17V. C. 12V. D. 8,5V.
Câu 12: Một máybiến thế có số vòngcuộn sơ cấp là2200 vòng. Mắccuộnsơ
cấp với mạng điện xoay chiều220V–50Hz, khi đó hiệu điện thế hiệu dụng giữahai
đầu cuộn thứ cấp để hở là6V. Số vòng của cuộn thứ cấp là
A. 85vòng. B. 60 vòng. C. 42 vòng. D.30 vòng.
Câu 13: Một máy biến thế có số vòngcuộnsơ cấplà 3000 vòng, cuộn thứ cấp
500 vòng, được mắcvào mạng điện xoay chiều tầnsố 50Hz, khi đó cường độ dòng
điện quacuộn thứ cấplà 12A.Cường độ dòngđiện qua cuộn sơ cấp là
A. 1,41A. B. 2,00 A. C. 2,83 A. D. 72,0 A.
Câu 14: Cuộnsơ cấp của máy biến ápmắc quaampe kế vàođiện áp xoay
chiềucó giá trị hiệu dụng100V thì ampekế chỉ 0.0125A. Biết cuộn thứ cấp mắc
vào mạch gồm mộtnam châm điện có r= 1 ômvà một điện trở R=9ôm.Tỉ số giữa
vòng dâycuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp bằng 20.Bỏ qua haophí. Độ lệch pha giữa
cường độ dòngđiện và điện áp ở cuộn thứ cấp là?
A.p/4. B p/4. C.p/2. D.
p/3.
Câu 15:Một máy biến áp lí tưởng có tỉ số vòngdây cuộn sơ cấp và thứ cấplà
2:3. Cuộn thứ cấp nối vớitải tiêu thụ là mạch điện xoaychiều gồmđiện trở thuần R
= 60W, tụ điện có điện dungC = . cuộndây thuần cảm có cảmkháng L =
, cuộn sơ cấp nối với điện áp xoaychiều có giá trị hiệu dụng 120Vvà tần số
50Hz. Công suất toả nhiệt trên tải tiêu thụ là
A. 180W. B.135W. C. 26,7W. D. 90W
Câu 16.Cuộn thứ cấp của máybiến áp có1500vòngvà dòng điện có f =50Hz.
Giá trị cực đại của từ thông trong lõi thép là0,6 Wb. Chọn pha banđầubằng không.
Biểu thức của suấtđiện độngtrong cuộn thứ cấp là:
A. (V). B. (V).
C. (V). D. (V).

Giải . Suất điện động cực đạitrongcuộn thứ cấp:
(V).
Vì j = 0 nên (V). Đáp
án C.
Câu 17(ĐH-2010): Đặt vào haiđầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp lí
tưởng (bỏ quahao phí) một điện áp xoaychiều 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 áphiệu dụng giữa hai đầu để hở của nó là U, nếu tăng
thêmn vòng dây thì điện áp đó là 2U. Nếu tăng thêm3n vòng dây ở cuộn thứ cấp
thì điện áp hiệu dụng giữa haiđầu để hở của cuộn này bằng
A. 100 V. B. 200 V. C. 220V. D. 110 V.
Giải: Điện áp hiệu dụng haiđầu mạch cuộn sơ cấp không đổi, gọi số vòngcủa
của cuộnsơ cấp và thứ cấp lần lượt là N
1
và N
2
. Khi điệnáp hai đầu cuộn thứ cấp là
100V, ta có: . Lấy (1):(2) ta
được: ,
lấy (3):(1),ta được: . Lấy (6)+(5),ta đượcU=200V/3, thay vào
(5), ta được n/N
2
=1/3,
suy ra: 3n= N
2
thayvào (4),ta được , kết hợp với (1) =>
=> U
3n
=200V
Câu 18(ĐH-2011): Một họcsinhquấnmộtmáy biếnáp vớidự địnhsố vòng

dâycủacuộn sơ cấpgấphailần số vòng dâycủacuộnthứ cấp. Dosơ suấtnêncuộn
thứ cấp bị thiếu một số vòng dây. Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp
thêm vàocuộn thứ cấp cho đủ, họcsinh nàyđặt vào hai đầucuộn sơ cấp mộtđiện
ápxoay chiều cógiátrị hiệudung không đổi,rồidùng vônkế xác địnhtỉ số điệnáp
ở cuộn thứ cấp để hở vàcuộn sơ cấp. Lúcđầutỉ số điệnáp bằng0,43.Sau khi quấn
thêmvàocuộnthứ cấp24 vòngdâythìtỉ số điệnáp bằng0,45. Bỏ quamọihaophí
trong máy biến áp.Để được máy biếnápđúngnhư dự định, họcsinh nàyphải tiếp
tục quấnthêm vào cuộn thứ cấp
A. 60 vòngdây. B. 84 vòngdây. C. 100vòng dây. D. 40
vòng dây.
Giải: Gọi N
1
,N
2
là số vòng dây ban đầu củamỗicuộn; n làsố vòng phải cuốn
thêmcần tìm.Ta có:
Þ Đáp án B.
TRUYỂN TẢI ĐIỆN NĂNG
1. Các ví dụ:
Ví dụ 1: Một máy biến ápcótỉ số vòng dây củacuộnsơ cấp và cuộn thứ cấp
là = 10. Bỏ qua hao phı́. Ơ cuộn thứ c p c n một công su t P = 11kW và có
cườngđộ hiệudụngI = 100A.điện áp hiệu dụngở haiđau cuộn sơ c p là :
A.U
1
= 100 V B.U
1
=200 V C.U
1
= 110 V D.U
1

=1100 V
Giải: Ta có U
2
= P
2
/I
2
= 11000/100=110V. Vì bỏ qua hao phí, ta dùng công
thức :
Suy ra: =1100V. Chọn D
Ví dụ 2: Người ta cầntruyền một công suất5MWtừ nhà máy điệnđếnnơi
tiêu thụ cáchnhau5km. Hiệu điện thế hiệu dụng cuộn thứ cấp của máytăng áp là
U =100kV.Muốnđộ giảm thế trên đườngdây khôngquá 1%U thì tiết diện của
đườngdây dẫn phải thỏa điềukiện nào? Biết điện trở suất của dây tải điện là
1,7.10
-8
Wm.
A.5,8(mm
2
)£ S B. 5,8(mm
2
)£ S <£ 8,5 (mm
2
) C. 8,5(mm
2
)£ S
D.8,5(mm
2
) ³ S
Giải: Chiều dài dây dẫn: l=2.5km=10000m

Theo bài thì: DU=IR£1%U = 1kV=1000V=> R £ .
Mà P= UI => I=P/U= =50A =>R £ =20Ω <=> £ 20 <=> S ³
Thay số: S ³ = 8,5.10
-6
(m
2
) =8,5(mm
2
) .Hay S³ 8,5(mm
2
)
Ví dụ 3: Người ta cầntruyền một công suấtđiệnmột pha10000kW dưới
một hiệu điện thế hiệu dụng 5kVđi xa. Mạch điện cóhệ số côngsuất cosφ =0,8Ω.
Muốn cho tỷ lệ năng lượngmất trên đường dây khôngquá 10%thì điện trở của
đườngdây phải cógiá trị trong khoảng nào?
A.10Ω£ R <£12Ω B. R£ 14Ω C. R £16Ω D. 16Ω £ R £ 18Ω
Giải: Công suất hao phí khi truyền tải :
Theo bài thì: DP £10%P<=> DP£ 0,1P <=> £ 0,1P <=> R
£ .
Thay số: R £ =16 W
Ví dụ 4: Một máy biến thế có tỉ số vòng , hiệusuất 96%nhận mộtcông
suất 10(kW) ở cuộn sơ cấp và hiệu thế ở hai đầu sơ cấplà 1(kV), hệ số công suất
của mạch thứ cấp là0,8, thì cường độ dòng điện chạy trongcuộnthứ cấp là:
A. 30(A) B. 40(A) C. 50(A) D. 60(A)
Giải: Ta có 0,96 => P
2
=0,96P
1
=0,96.10=9,6(KW) =9600(W)
Theo công thức : Suy ra: =1000/5 =200V.

Từ đó : P
2
=U
2
I
2
cos j = > =60A
Vậy cường độ dòng điện chạy trongcuộn thứ cấp là: 60A
Chọn D
Ví dụ 5: Một trạm phát điện truyền đi với công suất P= 50kW, điện trở dây
dẫn là 4 . Hiệu điện thế ở trạm là 500V.
a.Tínhđộ giảm thế, công suấthao phí trên dây dẫn.
b.Nốihai cực của trạm phátđiện với một biến thế cóhệ số k=0,1. Tính công
suất haophítrên đườngdây vàhiệu suất của sự tải điện là bao nhiêu? Biết rằng
năng lượnghaophí trong máy biến thế khôngđáng kể, hiệu điện thế và cường độ
dòngđiện luôn cùngpha.
Giải: a.Ta có: I= = A;Vậy độ giảm thế: U=IR=100.4=400V
Công suất haophí trên dây:Ta có: P= RI
2
=4.100
2
=40000W= 40 kW
b. Tacó: k = U
2
= = =5000V ; I
2
= A
Do đó: công suất haophí trên dây: P’ =R. = 4. (10)
2
= 400 W= 0,4 kW

- Hiệu suất tải điện: H= %