sáng kiến kinh nghiệm máy biến áp biến thế

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT VĨNH LỘC
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
MỘT SỐ KIẾN GIẢI VỀ MÁY BIẾN ÁP, CÁC DẠNG
BÀI TẬP VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ SỰ TRUYỀN TẢI
ĐIỆN NĂNG
Người thực hiện: Lê Thị Hoa
Chức vụ: Giáo viên
Sáng kiến kinh nghiệm thuộc môn: Vật Lý


THANH HOÁ NĂM 2013
1
Mục lục
Nội dung Trang
Phần I: Mở đầu 2
I. Lý do chọn đề tài 2
II. Nhiệm vụ của đề tài 2
Phần II: Nội dung
I. Tóm tắt sơ lược lý thuyết về máy biến áp và truyền tải điện năng 2
II. Một số kiến giải liên quan đến máy biến áp 5
1. Tại sao máy biến áp lại có lõi thép 5
2. Có thể dùng máy biến áp để tăng hiệu lực điện thế của
một chiếc pin được không 5
III. Các dạng bài tập về máy biến áp và truyền tải điện năng 6
1. Bài toán về máy biến áp 6
2. Bài toán về truyền tải điện năng 9
Phần III . Kết luận 13

2
PHẦN I: MỞ ĐẦU

I. Lý do chọn đề tài
Vật lý phổ thông có vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển tư
duy học sinh. Trong quá trình dạy học người thầy luôn phải đặt ra cái đích đó là
giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, hình thành phương pháp kỹ năng kỹ
xảo, tạo thái độ và động cơ học tập đúng đắn để học sinh có khả năng tiếp cận
chiếm lĩnh những nội dung kiến thức mới theo xu thế thời đại.
Hiện nay trong đề thi đại học các bài tập vật lý chiếm một ưu thế, nó đòi
hỏi người học phải có cách nhìn nhận bài toán, kĩ năng xử lý bài toán một cách
chuyên nghiệp. Do đó việc hướng dẫn học sinh phân loại mắm vững phương
pháp và làm tốt các bài tập là việc cần thiết với giáo viên trên con đường rút
ngắn giữa học sinh và trường đại học.
Ở chương dòng điện xoay chiều là một chương quan trọng của chương
trình vật lý 12 cũng là một chương có khá nhiều câu hỏi lý thuyết cũng như bài
tập trong đề thi đại học. Do đó việc hệ thống hóa, phân loại và hướng dẫn học
sinh tìm ra bản chất vật lý của từng nội dung, nhằm củng cố kiến thức hướng
dẫn học sinh suy luận và phương pháp giải bài tập ở mức độ cao hơn, khó hơn
tổng quát hơn là vô cùng quan trọng. Trong đề tài này, tôi mạnh dạn đưa ra
mong muốn góp một tiếng nói nhỏ về: “Đề tài một số kiến giải về máy biến áp,
các dạng bài tập về máy biến áp và sự truyền tải điện năng”. Vẫn biết rằng đó
là vấn đề quá quen thuộc nhưng tác giả vẫn hy vọng rằng người đọc sẽ thấy
chút gì đó mới mẻ và có ích.
II. Nhiệm vụ của đề tài:
Đề tài nêu và giải quyết vấn đề sau:
1. Tóm tắt sơ lược lý thuyết máy biến áp và truyền tải điện năng.
2. Một số kiến giải liên quan đến máy biến áp.
3. Các dạng bài tập về máy biến áp và truyền tải điện năng.
4. Các bài toán đề xuất và đáp số.
III. Phạm vi nghiên cứu
Học sinh lớp 12 và học sinh luyện thi đại học.
PHẦN II: NỘI DUNG

I. Tóm tắt sơ lược lý thuyết máy biến áp và truyền tải điện năng.
1. Máy biến áp.
1.1. Định nghĩa: Máy biến áp là một
thiết bị dùng để biến đổi một dòng điện xoay
chiều thành một dòng điện xoay chiều khác
cùng tần số nhưng có hiệu điện thế khác
nhau.

3
1.2. Cấu tạo:
- Máy biến áp gồm hai cuộn dây, có số vòng khác nhau quấn trên một lõi
sắt chung bằng thép kỹ thuật (thép pha silic) (Xem hình a), các cuộn dây dẫn
thường bằng đồng bọc men cách điện, có điện trở nhỏ. Lõi gồm nhiều lá thép
mỏng, hình khung chữ nhật rỗng hoặc khung tròn rỗng, ghép sát nhau và cách
điện nhau.
- Trong các sơ đồ máy điện, máy biến áp được kí hiệu như trên hình b.
1.3. Nguyên tắc hoạt động.
Hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một
trong hai cuộn dây của máy biến áp được nối với nguồn điện xoay chiều, được
gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ điện năng, được gọi là
cuộn thứ cấp. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến
thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động
xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp.
1.4. Sự biến đổi hiệu điện thế và cường
độ dòng điện qua máy biến áp.
- Gọi N
1
, N
2
là số vòng dây của cuộn sơ

cấp và cuộn thứ cấp ( xem hình bên)
- Khi nối cuộn sơ cấp với mạch điện xoay
chiều có hiệu điện thế hiệu dụng U
1
, dòng điện
xoay chiều i
1
, trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến thiên điều hoà
tập trung trong lõi biến áp. Tại mọi thời điểm từ thông φ qua mọi tiết diện của
lõi có giá trị tức thời như nhau. Trong khoảng thời gian
t
∆
rất nhỏ từ thông biến
thiên gây ra ở mỗi cuộn dây sơ cấp là:
t
Ne
∆
∆Φ
−=
11
, còn ở cuộn thứ cấp là:
t
Ne
∆
∆Φ
−=
22
.
Từ đó suy ra
1

2
1
2
N
N
e
e
=
. (1)
- Thông thường điện trở của cuộn sơ cấp là rất nhỏ nên hiệu điện thế u
1
ở
hai đầu cuộn sơ cấp có giá trị xấp xỉ bằng suất điện động e
1
.
- Nếu mạch thứ cấp hở thì hiệu điện thế u
2
ở hai đầu cuộn thứ cấp có giá
trị bằng suất điện động e
2
. Do đó:
1
2
1
2
1
2
N
N
e

e
u
u
=≈
(2).
- Hiệu điện thế và suất điện động ở hai đầu sơ cấp và thứ cấp biến thiên
điều hòa cùng pha, cùng tần số, nên ta có thể thay giá trị tức thời bằng giá trị
hiệu dụng:
1
2
1
2
N
N
U
U
=
(3)
4
- Vậy tỉ số hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp bằng
tỉ số vòng dây của hai cuộn đó.
+ Nếu N
2
> N
1
thì U
2
> U
1
: máy biến áp là máy tăng áp.

+ Nếu N
2
< N
1
thì U
2
< U
1
: máy biến áp là máy hạ áp.
- Khi mạch thứ cấp nối với tải tiêu thụ thành một mạch kín thì U
2
< e
2
; tuy
nhiên người ta vẫn sử dụng công thức (3) như một công thức gần đúng.
- Nếu dòng điện trong cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng pha với hiệu điện thế
thì công suất tiêu thụ ở hai mạch sơ cấp và thứ cấp là P
1
= U
1
I
1
và P
2
= U
2
I
2
. Nếu
coi những hao phí do các dòng Fucô trong lõi và do toả nhiệt trên các cuộn dây

là không đáng kể, thì điện năng qua máy biến thế được bảo toàn, nghĩa là công
suất ở hai mạch sơ cấp và thứ cấp là như nhau: P
1
= P
2
.
Suy ra
1
2
1
2
2
1
N
N
U
U
I
I
==
.
Như vậy máy biến áp tăng hiệu điện thế lên bao nhiêu lần thì giảm
cuờng độ dòng điện đi bấy nhiêu lần và ngược lại.
1.5. Ứng dụng của máy biến áp.
- Máy biến áp được dùng để tăng, giảm hiệu điện thế của dòng điện xoay
chiều, tạo ra những hiệu điện thế lớn nhỏ tuỳ ý từ lưới điện công nghiệp (lưới
điện này chỉ cung cấp một hiệu điện thế nhất định).
- Ứng dụng quan trọng nhất của máy biến áp là truyền tải điện năng đi xa.
Ở nhà máy phát điện, Người ta dùng máy tăng thế để đặt lên đường dây truyền
tải một hiệu điện thể rất lớn (cao thế ), do đó giảm được công suất hao phí trên

đường dây, đến khu vực tiêu thụ người ta phải dùng máy hạ thế sao cho đến
từng hộ sử dụng điện thì hiệu điện thế chỉ còn là hiệu điện thế thông dụng
110(V) hay 220(V) chẳng hạn.
2. Sự truyền tải điện năng.
2.1. Điện năng được sử dụng ở mọi nơi, nhưng chỉ được sản xuất ở một số
nhà máy phát điện lớn. Vì vậy cần phải truyền tải điện năng đi xa, đến các nơi
tiêu thụ điện. Việc truyền tải điện năng bằng các dây dẫn phải thoả mãn yêu cầu:
giảm hao phí điện năng ở các đường dây dẫn xuống mức thấp nhất và giảm chi
phí xây dựng ở đường dây truyền tải điện.
2.2. Giả sử cần truyền tải một công suất điện P từ nhà máy điện bằng
đường dây dẫn đến nơi tiêu thụ.
- Gọi U là hiệu điện thế hiệu dụng ở đầu đường dây truyền tải điện từ nhà
máy phát điện và R là điện trở tổng cộng của các dây dẫn trên đường dây tải
điện. Cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây tải điện là
U
P
I =
. Do đó
theo Jun-Lenxơ, công suất hao phí ∆P trên đường dây do toả nhiệt bằng:

2
22
U
R
PRIP
==∆
5
- Trong công thức đó: công suất P có giá trị không đổi. Do đó muốn giảm
công suất hao phí ∆P phải giảm R hoặc tăng U, Hoặc vừa giảm R vừa tăng U.
Trong thực tế không thể giảm R nhiều được vì theo công thức

S
R

ρ
=
, muốn
giảm R phải tăng tiết diện S đây là cách làm khá tốn kém vì tốn nhiều kim loại
làm dây và phải tăng sức chịu đựng của các cột điên. Biện pháp sử dụng rộng rãi
là tăng điện áp U ở nơi phát điện và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện đến giá trị
cần thiết. Điều này có thể thực hiện đơn giản qua máy biến áp. Quãng đường
phải truyền tải điện càng dài thì hiệu điện thế càng phải cao. Đến nơi tiêu thụ
điện hiệu điện thế đó lại được giảm xuống đến mức cần thiết nhờ máy hạ áp.
II. Một số kiến giải liên quan đến máy biến áp.
1. Tại sao máy biến áp phải có lõi thép?
- Từ nguyên tắc hoạt động của máy biến thế: Đặt vào cuộn sơ cấp hiệu điện
thế

xoay chiều suy ra ở cuộn sơ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng
dt
d
Ne
1
11
Φ
−=
Với
dt
d
1
Φ

là biến thiên từ thông qua 1 vòng dây ở cuộn 1
- Từ thông qua cuộn 2 biến thiên làm xuất hiện
dt
d
Ne
1
22
Φ
−=
với
dt
d
2
Φ
là biến
thiên từ thông qua 1 vòng dây ở cuộn 2
- Nếu không có lõi sắt thì
dt
d
1
Φ
dt
d
2
Φ
≠
và do có sự mất mát đường sức ra môi
trường nên
dt
d

1
Φ
dt
d
2
Φ
>
- Khi có lõi sắt: Vì độ tử thẩm của sắt lớn hơn của không khí vài nghìn lần nên
sự mất mát đường sức từ ra môi trường là không đáng kể do đó:

dt
d
1
Φ
2
1
2
12
N
N
e
e
dt
d
=⇒
Φ
≈
- Mặt khác khi có lõi sắt: Z
L
của cuộn dây tăng nhiều lần suy ra Z

L
>>R do đó
hao phí của máy biến thế sẽ không đáng kể.
2. Có thể dùng máy biến thế để tăng hiệu lực điện thế của một chiếc
pin được không.
- Máy biến thế hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Nếu làm cho
từ thông biến thiên qua cuộn dây sẽ làm sinh ra suất điện động cảm ứng.
- Dòng điện do pin phát ra là dòng không đổi sẽ không làm cho từ thông biến
thiên, do đó không sinh ra suất điện động cảm ứng. Khi dạy nhiều học sinh đã
kết luận như vậy, nhưng nó chỉ đúng một phần.
- Nếu làm dòng điện do pin phát ra biến thiên thì từ thông sẽ biến thiên và có
thể làm sinh ra suất điện động ở cuộn thứ cấp.
Ví dụ: Dùng một pin mắc nối tiêp với một khoá K rồi mắc vào mạch
sơ cấp của máy biến thế. Nếu liên tục đóng và mở khoá K thì dòng điện trong
cuộn sơ cấp sẽ biến thiên, suy ra từ thông qua lõi sắt biến thiên, suy ra ở cuộn
thứ cấp sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng. Đây chính là nguyên tắc hoạt động
6
của máy Romcop dùng dể tăng hiệu điện thế của một bộ pin khoảng 12 V lên
đến khoảng 30.000 V để làm xuất hiện toa lửa điện giữa 2 cực của máy.
III. Các dạng bài tập về máy biến áp và truyền tải điện năng.
Chúng ta thường gặp trong đề thi hai loại toán: Bài toán máy biến áp và
bài toán truyền tải điện năng.
Loại 1 : Bài toán máy biến áp.
Phương pháp: Đây là bài toán thường gặp trong đề thi đại học
+ Công thức máy biến thế:



<
>

=
thÕ T¨ng
thÕ mGi¶
NÕu
:
:
21
21
2
1
2
1
NN
NN
N
N
U
U
+ Hiệu suất của máy biến thế mạch thứ cấp kín:




=
=
=
2222
1111
1
2

cos
cos
ϕ
ϕ
IUP
IUP
P
P
H Víi
.
Nếu xem:
21
coscos
ϕϕ
≈
thì
11
22
IU
IU
H =
+ Khi mạch thứ cấp kín và bỏ qua mọi hao phí :

2
1
1
2
2
1
%100

N
N
I
I
U
U
H ==⇒=
.
Các bài toán điển hình.
Bài 1: Một máy biến áp với cuộn sơ cấp gồm
( )
vßng1000
1
=N
được mắc vào
mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng
( )
VU 220
1
=
. Cuộn thứ cấp
gồm
( )
vßng50
2
=N
. Bỏ qua mọi hao phí ở máy biến áp.
1. Xác định hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp.
2. Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ thì dòng điện chạy qua cuộn thứ cấp là
1(A). Hãy xác định dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp.

Giải:
1. Áp dụng công thức của máy biến áp:
2
1
2
1
N
N
U
U
=
Suy ra hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp:
( )
V
N
N
UU 11
1000
50
.220.
1
2
12
===
.
2. Khi mạch kín bỏ qua mọi hao phí:
2
1
1
2

2
1
N
N
I
I
U
U
==
Dòng điện đi qua cuộn sơ cấp:
( )
A
N
N
II 05,0
1000
50
.1.
1
2
21
===
.
Bài 2: Cuộn sơ cấp của máy biến áp gồm
( )
vßng1100
1
=N
được mắc vào mạng
điện xoay chiều có hiệu điện thế

( )
VU 240
1
=
. Cuộn thứ cấp nối với 20 bóng đèn
giống nhau có kí hiệu
WV 1812
−
mắc song song. Biết các bóng đèn sáng bình
thường và hiệu suất của máy biến thế
%100
. Xác định số vòng dây ở cuộn thứ
cấp và cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
7
Giải:
+ Cường độ dòng điện hiệu dụng qua mỗi bóng đèn:
( )
A
U
P
I
d
d
d
5,1
12
18
===
.
+ Cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn thứ cấp:

( )
AII
d
305,1.2020
2
===

+ Vì hiệu suất
%100
nên:
2
1
1
2
2
1
N
N
I
I
U
U
==
- Số vòng qua cuộn thứ cấp
( )
vßng55.
1
2
12
==

U
U
NN
- Dòng điện hiệu dụng qua cuộn sơ cấp:
( )
A
U
U
II 5,1.
1
2
21
==
.
ĐS: U
2
=11V
I
1
= 0,05A
Bài 3: Một máy biến áp có tỉ số vòng dây
5
2
1
=
N
N
hiệu suất 96% nhận một công
suất 10KW ở cuộn sơ cấp và hiệu điện thế ở hai đầu sơ cấp là 1KV, hệ số công
suất của mạch thứ cấp là 0,8 thì cường độ dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp có

giá trị là bao nhiêu?
Giải:
Gọi P
1
là công suất của cuộn sơ cấp, P
2
là công suất ở cuộn thứ cấp

)W(9600)(6,910.96,0.96,096,0
12
1
2
====⇒= KWPP
P
P

Theo bài ra
V
U
U
U
U
N
N
200
5
1000
5
5
1

2
2
1
2
1
===⇒==
Do với máy biến áp ta luôn có:

A
U
P
IIUP 60
8,0.200
9600
cos
cos
2
2
2222
===⇒=
ϕ
ϕ
Vậy cường độ dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp là 60A
ĐS: N
2
=55 Vòng.
I
1
=1,5A
Bài 4:(ĐH 2011): Một học sinh quấn một máy biến áp với dự định số vòng dây

của cuộn sơ cấp gấp hai lần số vòng dây của cuộn thứ cấp. Do sơ suất nên cuộn
thứ cấp bị thiếu một số vòng dây. Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp
thêm vào cuộn thứ cấp cho đủ, học sinh này đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một
điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi, rồi dùng vôn kế xác định tỉ số
điện áp ở cuộn thứ cấp để hở và cuộn sơ cấp. Lúc đầu tỉ số điện áp bằng 0,43.
Sau khi quấn thêm vào cuộn thứ cấp 24 vòng dây thì tỉ số điện áp bằng 0,45. Bỏ
qua mọi hao phí trong máy biến áp. Để được máy biến áp đúng như dự định, học
sinh này phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp.
A. 100 vòng dây. B. 84 vòng dây. C. 60 vòng dây. D. 40 vòng dây.
8
Giải:
Ta có tỉ số biến áp cần quấn đúng:
t t
s
s
N N
k 0,5 N
N 0,5
= = ⇔ =
Gọi số vòng cuộn thứ cấp lúc đầu là N
2

Số vòng phải tiếp tục quấn thêm là x ta có:
2 2 2
s
N N 24 N 24 x
N
0,43 0,45 0,5
+ + +
= = =

s
Suy ra hệ pt:
2 2
2
2 2
0,45N 0,43N 10,32
N 516
0,5N 0,43N 10,32 0,43x
x 60
= +
=


⇔
 
= + +
=


Đáp án C.
Bài 5: Một máy biến áp gồm
1200
1
=N
vòng dây, cuộn thứ cấp gồm
50
2
=N
vòng
dây. Hai đầu cuộn sơ cấp mắc vào nguồn điện xoay chiều có hiệu điện thế hiệu

dụng 240 (V), còn hai đầu cuộn thứ cấp nối với mạch điện nối tiếp gồm tụ điện
có điện dung biến thiên C và nam châm điện có điện trở
( )
Ω= 2,131R
. biết điện
trở thuần của cuộn sơ cấp và thứ cấp là không đáng kể. Xem mạch từ là khép hín
và hao phí do dòng Fucô là không đáng kể.
a. Biết cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp 0,275(A). Xác định độ lệch
pha giữa hiệu điện thế và dòng điện ở cuộn thứ cấp và nhiệt lượng toả ra trên
nam châm trong 2 giờ.
b. Biết tần số dòng điện là
( )
Hzf 50=
, độ tự cảm của nam châm là
( )
HL
π
5
1
=
.
Xác định điện dung của tụ điện.
c. Xác định C để dòng điện ở cuộn sơ cấp cực đại, tính hiệu điện thế hiệu dụng ở
hai bản tụ khi đó:
Giải:
a. Ta có:








===
===
⇒==
)(66,0275,0.
50
120
)(100240.
120
50
1
2
1
2
1
1
2
2
1
2
1
2
1
2
AI
N
N
I

VU
N
N
U
I
I
N
N
U
U

( )
Ω≈==⇒ 5,151
66,0
100
2
2
I
U
T
2
Z:cÊp thø cuén trë æng
+ Độ lệch pha ϕ giữa hiệu điện thế và dòng điện ở cuộn thứ cấp:

65,151
2,131
cos
2
π
ϕϕ

±≈⇒==
Z
R
+ Nhiệt lượng toả ra trong 1 phút:
( )
J.,.,RtIQ 3429602131660
22
2
===
.
b. Cảm kháng của nam châm: Z
L
= ωL = 100
( )
Ω=
π
π 20
5
1
.
.
9
Mà
( )
( )
( )





Ω−=+−−=+−−=
Ω=+−=+−=
⇒−+=
lo¹i 6552021315151
6952021315151
2222
2
2222
2
2
22
2
:,,,ZRZZ
,,,ZRZZ
ZZRZ
LC
LC
CL

+ Điện dung của tụ:
( )
F.,
,.Z
C
C
6
10333
695100
11
−

≈
π
=
ω
=
.
c. Khi dòng sơ cấp cực đại thì dòng thứ cấp cũng đạt cực đại, tức mạch thứ cấp
xảy ra hiện tượng cộng hưởng:

( ) ( )
F
Z
CZZ
C
LC
6
10.2,159
20.100
11
20
−
≈==⇒Ω==
πω
.
+ Hiệu điện thế hiệu dụng ở hai bản tụ:
( )
V,.
,
Z.
R

U
U
CC
241520
2131
100
2
===
Loại 2: Bài toán truyền tải điện năng .
Phương pháp: Điện năng sản xuất được truyền tải đến nơi tiêu thụ trên
đường dây dài hàng trăm Km. Công suất truyền tải: P=UI
ϕ
cos
(1)
Trong đó: P là công suất cần truyền đi, I là cường độ dòng điện trên dây dẫn
truyền tải,
ϕ
cos
hệ số công suất.
Suy ra
ϕ
cosU
P
I =
Theo hiệu ứng nhiệt Jun-Lenxơ công suất hao phí
∆
P dưới dạng toả nhiệt
vào khí quyển ta có:

Với R là điện trở đường dây

Vậy công suất tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng đi xa là:

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 2 phương án giảm
P∆
như sau:
*Phương án 1: Giảm R
Do
S
l
R
ρ
=
.Nên để giảm R cần phải tăng tiết diện S của dây dẫn. Phương án
này không khả thi do tốn kém kinh tế.
*Phương án 2: Tăng U
Bằng cách sử dụng máy biến áp U trước khi truyền tải điện năng đi thì công
suất toả nhiệt trên đường dây sẽ hạn chế. Phương án này khả thi hơn vì không
tốn kém, và được sử dụng trong thực tế.
Lưu ý:
10
( )
2
2
2
2
cos
cos

ϕ
ϕ
U
RP
R
U
P
RIP
=








==∆
( )
2
2
2
2
cos
cos
ϕ
ϕ
U
RP
R

U
P
RIP
=








==∆
- Công thức tính điện trở của dây dẫn
S
l
R
ρ
=
. Trong đó
ρ
là điện trở
suất của dây dẫn, l là chiều dài của dây dẫn, S là tiết diện của dây dẫn.
- Công suất tỏa nhiệt cũng chính là công suất hao phí trên đường
dây, phần công hữu ích sử dụng là:
Suy ra hiệu suất của quá trình truyền tải là:
- 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 giảm điện áp xuống
phù hợp với nơi cần sửdụng. Khi đó độ giảm điện áp:
BA

UURIU
12
. −==∆
Với U
2A
là điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp tại A còn U
1B
là
điện áp đầu vào cộn 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.
Các bài toán điển hình.
Bài 1: Người ta cần tải một công suất 5MW từ nhà máy điện đến một nơi tiêu
thụ cách nhau 5KM. Hiệu điện thế cuộn thứ cấp máy tăng thế là U=100KV, độ
giảm điện thế trên đường dây không quá 1%U. Điện trở suất của dây tải là
1,7.10
-8
m. Tiết diện dây dẫn thoả mãn điều kiện nào?
Giải:
Ta có d=5 Km suy ra l=2.d=10Km=10000m
Độ giảm điện thế:
I
RVKVUIU
1000
1000)(1
100
1
R ≤⇒==≤=∆
Ta có:
)(50

10.100
10.5
3
6
A
U
P
IUIP ===⇒=

Khi đó:
Ω≤ 20R
Mặt khác:
20
.
20
l
S
S
l
S
l
R
ρ
ρρ
≥⇒≤⇒=

Thay số ta được:
)(5,8)(5,8)(10.5,8
20
10000.10.7,1

2226
8
mmSmmmS ≥⇒==≥
−
−
Bài 2 : Người ta cần truyền một công suất điện một pha 10000KW dưới một hiệu
điện thế hiệu dụng 50KV đi xa. Mạch điện có công suất
8,0cos =
ϕ
. Muốn tỉ lệ
năng lượng mất trên đường dây không quá 10% thì điện trở của đường dây phải
có giá trị như thế nào?
Giải:
Công suất hao phí khi truyền:
R
U
P
P
2
cos








=∆
ϕ

11
Mặt khác:
( )
P
U
RP
U
RP
PPPP
2
22
2
cos1,0
1,0
cos
.
1,0%10
ϕ
ϕ
≤⇔≤⇔≤∆⇔≤∆
Thay số ta được:
( )
Ω=≤ 16
10.10000
8,0.10.50.1,0
3
2
3
R

Vậy
Ω≤16R
Bài 3: (HSG 2011)Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa cần tăng điện áp
của nguồn lên bao nhiêu lần để giảm công suất hao phí trên đường dây đi 100
lần. Giả thiết công suất nơi tiêu thụ nhận được không đổi, điện áp tức thời u
cùng pha với dòng điện tức thời i. Biết ban đầu độ giảm điện thế trên đường dây
bằng 15% điện áp của tải tiêu thụ.
Giải
- Đặt: U, U
1
,
ΔU
, I
1,
1
P∆
là điện áp nguồn, điện áp ở tải tiêu thụ, độ giảm điện
áp trên đường dây, dòng điện hiệu dụng và công suất hao phí trên đường dây lúc
đầu.
Và U’, U
2
,
ΔU'
, I
2
,
2
P∆
là điện áp nguồn, điện áp ở tải tiêu thụ, độ giảm
điện áp trên đường dây, dòng điện hiệu dụng và công suất hao phí trên đường

dây lúc sau.
Ta có:
10
1'
10
1
100
1
1
2
2
1
2
1
2
=
∆
∆
⇒=⇒=








=
∆
∆

U
U
I
I
I
I
P
P

Theo đề ra:
1
ΔU = 0,15.U
10
15,0
'
1
U
U =∆⇒
(1)
- Vì u và i cùng pha và công suất nơi tiêu thu nhận được không đổi nên:

2 1
1 1 2 2
1 2
U I
U .I = U .I = = 10
U I
⇒
⇒ U
2

= 10U
1
(2)
- Từ (1) và (2):

1 1
1
2 1 1
U = U + ΔU = (0,15 + 1).U
0,15.U 0,15
U' = U + ΔU' = 10.U + = (10 + ).U
10 10






- Do đó:
0,15
10+
U'
10
= = 8,7
U 0,15+1

Bài 4:( ĐH 2012): Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái
định cư bằng đường dây truyền tải một pha. Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền
đi tăng từ U lên 2U thì số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng tăng từ 120
lên 144. Cho rằng chi tính đến hao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điện

của các hộ dân đều như nhau, công suất của trạm phát không đổi và hệ số công
suất trong các trường hợp đều bằng nhau. Nếu điện áp truyền đi là 4U thì trạm
phát huy này cung cấp đủ điện năng cho
12
( )
2
2
2
2
cos
cos
ϕ
ϕ
U
RP
R
U
P
RIP
=








==∆
A. 168 hộ dân. B. 150 hộ dân. C. 504 hộ dân. D. 192 hộ dân.

Giải:
+ Công suất hao phí
R
U
P
P
2
2
=∆
(Với R là điện trở trên đường dây, P là công
suất của trạm phát, U là điện áp truyền, P
0
là công suất tiêu thụ của mỗi hộ dân)
Ta có: P =
R
U
P
2
2
+ 120.P
0
(1)
P =
R
U
P
2
2
.4
+ 144.P

0
(2)
P =
R
U
P
2
2
.16
+ x.P
0
(3)
+ Từ (1)và (2): P = 152P
0
(4)
+ Từ (3) và (1), kết hợp với (4) ta có: 15.152.P
0
= (16x-120)P
0
=> x = 150 Hộ dân
Đáp án B.
IV. Các bài toán đề xuất và đáp số.
Bài 1: Một máy biến áp dùng trong tivi có một cuộn sơ cấp gồm
( )
vßng1100
mắc
vào mạng điện xoay chiều
( )
V220
và ba cuộn thứ cấp để lấy ra các hiệu điện thế

( ) ( ) ( )
VVV 2015,10 vµ
. Tính số vòng dây của mỗi cuộn sơ cấp.
ĐS:
100,75,50
.
Bài 2: Một máy phát điện xoay chiều có công suất
( )
kW1000
. Dòng điện nó phát
ra sau khi tăng thế được truyền đi xa bằng một dây dẫn có tổng chiều dài
( )
km200
có đường kính
( )
cmd 39,0=
và làm bằng hợp kim có điện trở suất bằng
( )
mΩ
−8
10.8,1
. Tìm công suất hao phí điện năng trên đường dây nếu hiệu điện thế
đưa lên đường dây là
1.
( )
kV50
2.
( )
kV100
.

ĐS: 1.
( )
kW180
; 2.
( )
kW45
.
Bài 3: Một máy biến áp cuộn sơ cấp gồm
( )
vßng1800
1
=N
và cuộn thứ cấp gồm
( )
vßng90
2
=N
. Nối hai đầu cuộn sơ cấp với mạng điện xoay chiều
( )
V120
. Bỏ
qua hao phí của máy biến áp.
1. Tính hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở.
2. Nối hai đầu cuộn thứ cấp với bóng đèn có kí hiệu
WV 5,16 −
thì đèn sáng
bình thường. Tính dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
ĐS: 1.
( )
VU 6

2
=
; 2.
( )
mAI 5,12=
.
V. Kiểm nghiệm:
13
Kim nghim ti : mt s kin gii v mỏy bin ỏp, cỏc dng bi tp v
mỏy bin ỏp v truyn ti in nng trờn 4 lp l: 12A1,12A2,12A3,12A4 vi
hc lc ca cỏc hc sinh cỏc lp l nh nhau vi 2 lp 12A2,12A4 khụng ỏp
dng sỏng kin kinh nghim vi 2 lp 12A1 v 12A4 ỏp dng sỏng kin kinh
nghim khi dy chng dũng in xoay chiu.Sau khi dy xong chng ny cho
4 lp trờn lm bi kim tra trong vũng 45 phỳt thy kờt qu nh sau:
* Khi cha ỏp dng
Lp S s
Gii Khỏ Trung bỡnh Yu Kộm
SL % SL % SL % SL % SL %
12A2 15 0
0
3
20
5
33
6
40 1 7
12A3 15 0
0
2
13

6
40
6
40
1
7
* Sau khi ỏp dng
Lp S s
Gii Khỏ Trung bỡnh Yu Kộm
SL % SL % SL % SL % SL %
12A1 15 3
20
10
66
2
14
0
0
0 0
12A4 15 3
20
9
60
3
20
0
0
0 0

PHN III. KT LUN

Trong khuụn kh ca mt sỏng lin kinh nghim cỏ nhõn tụi khụng tham
vng nhiu ch mong nờu v lm sỏng t mt vn nh: ú l ti sao mỏy bin
ỏp phi cú lừi thộp v cỏc dng toỏn v mỏy bin ỏp v truyn ti in nng. Bi
toỏn ny nm no cng xut hin trong thi i hc. Trong ú tụi cú nờu lờn 2
dng toỏn ph bin v phng phỏp gii. Do ú tụi thit ngh mi mt ngi
thy cụ cn c gng giỳp hc sinh lm c vic ny: Hệ thống hoá, phân loại
và mở rộng các dạng bài tập xuất phát từ những bài tập cơ bản, nhằm củng cố và
khắc sâu các kiến thức, đã phát huy đợc tính tích cực, sáng tạo của học sinh, gây
đợc sự hứng thú cho học sinh trong học tập. Bằng cách làm đó đã thực sự lôi
cuốn học sinh say mê tìm tòi ra các phơng pháp giải các bài toán khác nhau vận
dụng vào thực tế linh hoạt hơn.
Khi cũn ngi trờn gh nh trng tụi mong c sau ny mỡnh tr thnh
mt nh giỏo tt v tụi ó thi vo trng s phm. Nhng khi thc s c ng
trờn bc ging tụi mi bit lm ngi thy cụ giỏo gii tht khú. Khụng ch n
gin l kin thc m cũn l phng phỏp ging dy, lũng yờu ngh v nhit
huyt. Trờn õy l nhng hiu bit nh ca tụi v mỏy bin ỏp v truyn ti in
nng m tụi ó gúp nht c. Chc chn rng ti khụng trỏnh khi nhng
14
thiếu sót rất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp
để tôi có thể hoàn thiện bản thân trên con đường thực hiện mơ ước cua mình
“trở thành một cô giáo tốt’’.
Cảm ơn các thầy cô và bạn đồng nghiệp đã đọc đề tài này!

Xác nhận của thủ trưởng đơn vị
……………………………………
……………………………………
……………………………………
……………………………………
……………………………………
……………………………………

Thanh hoá, ngày 10 tháng 5 năm
2013
Tôi xin cam đoan đây là sáng kiến kinh
nghiệm của mình viết không sao chép
nội dung của người khác. Nếu sai tôi xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Người viết

Lê Thị Hoa
TÀI LIỆU THAM KHẢO
15
1. Sách giáo khoa vật lý 12 nâng cao (Nhà xuất bản giáo dục).
2. Đề thi tuyển sinh đại học các năm 2011, 2012.
3. Đề thi học sinh giỏi Thanh hoá năm 2011.
4.Sách giáo viên vật lý 12
16
17