Lý thuyết, bài tập vật lý 12 Máy biến áp (moon.vn)

Chương trình Luyện thi Pro S.A.T – Thầy Đặng Việt Hùng

Chuyên đề : ĐIỆN XOAY CHIỀU

Tài Liệu bài giảng (Pro S.A.T)

MÁY BIẾN ÁP
Thầy Đặng Việt Hùng – www.facebook.com/Lyhung95
VIDEO BÀI GIẢNG và LỜI GIẢI CHI TIẾT CÁC BÀI TẬP chỉ có tại website MOON.VN

1. Định nghĩa:
- Là thiết bị điện thông dụng làm việc dựa theo nguyên
lý cảm ứng điện từ, có tác dụng biến đổi biên độ của
điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của
điện áp.
2. Cấu tạo:
- Lõi: gồm nhiều lá thép mỏng ghép sát nhau để tránh
dòng Fuco và tăng từ thông.
- Hai cuộn dây có điện trở nhỏ quấn trên lõi kim loại.
Cuộn nối với nguồn điện xoay chiều được gọi là cuộn sơ
cấp có N1 vòng dây. Cuộn nối với tải tiêu thụ điện năng
được gọi là cuộn thứ cấp có N2 vòng dây (N1 ≠ N2).
Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơcấp tạo ra từ trường biến thiên, từ trường đó sẽ khép kín
trong mạch từ, truyền qua cuộn thứ cấp gây ra suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp.
3. Các công thức máy biến áp:
- Khi điện trở các cuộn dây không đáng kể (u1 = e1, u2 = e2) ta có:

U1 N1
=
U2 N 2

+) Nếu N2 > N1 thì U2 > U1 : máy tăng áp.
+) Nếu N2 < N1 thì U2 < U1 : máy hạ áp.
P U I cos ϕ2
- Hiệu suất hoạt động của MBA: H = 2 = 2 2
< 100%
P1 U1I1 cos ϕ1
- Với MBA lý tưởng, do hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể nên công suất tiêu thụ điện
U1 I2 N1
năng ở cuộn sơcấp sẽ bằng công suất phát điện ở cuộn thứ cấp:
= =
.
U 2 I1 N 2

Ví dụ 1: Một máy biến áp có cuộn sơcấp 1000 vòng dây được mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp
hiệu dụng 220 V. Khi đó điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 484 V. Bỏ qua mọi hao phí của
máy biến {p. Số vòng dây của cuộn thứ cấp là
A. 2500
B. 1100
C. 2000
D. 2200
Lời giải:
U1 N1
220 1000
=

=
 N 2 = 2200 vòng. Chọn D.
U2 N2
484
N2

Ví dụ 2: Một máy biến áp cuộn sơcấp gồm 1100 vòng mắc vào mạng điện xoay chiều 220 V và cuộn thứ
cấp để lấy ra điện áp 15 V. Nếu ở cuộn thứ cấp có 15 vòng dây bị quấn ngược thì tổng số vòng dây của
cuộn thứ cấp là bao nhiêu?
A. 75
B. 60
C. 90
D. 105
Lời giải:
U1
N1
220
1100
=

=
 N 2 = 105 . Chọn D.
U 2 N 2 − 2n
1
N 2 − 30

MOON.VN – Học để khẳng định mình

Học trực tuyến: www.moon.vn


Chương trình Luyện thi Pro S.A.T – Thầy Đặng Việt Hùng

Chuyên đề : ĐIỆN XOAY CHIỀU

Ví dụ 3: Đặt vào hai đầu cuộn sơcấp 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. 200 V.
B. 110 V.
C. 220 V.
D. 100 V.
Lời giải:
Cuộn sơcấp có U1, N1 không đổi. Áp dụng công thức MBA trong các trường hợp của cuộn thứ cấp sau:
100 N 2
100 V & N 2 :
=
(1)
U1 N1
U N2 − n
U & ( N2 − n ) :
=
(2)
U1
N1
2U N 2 + n
2U & ( N 2 + n ) :
=
(3)
U1
N1
U N2 +3n N 2 + 3n
U N2 +3n & ( N 2 + 3n ) :
=

(4)
U1
N1
Chia vế với vế của (3) cho (2), được N2 = 3n A
U N 2 +3n N 2 + 3n
Chia vế với vế của (4) cho (1), được
=
(b)
100
N2
U N 2 + 3n N 2 + N 2
U N2 +3n
Thay A vào (b), được
=
↔
= 2 → U N2 +3n = 200 V . Chọn A.
100
N2
100
Ví dụ 4: Một học sinh quấn một máy biến áp với dự định số vòng dây của cuộn sơcấp gấp hai lần số vòng
dây của cuộn thứ cấp. Do sơsuất 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 sơcấp 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 sơcấp. 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. 40 vòng dây.
B. 84 vòng dây.
C. 100 vòng dây.
D. 60 vòng dây.

Lời giải:
Cuộn sơcấp có U1 & N1.
Dự kiến: N2 = 0,5.N1  U2 = 0,5.U1

n 
n
N
Thực tế 1: N2 = 1 − n  U 2 =  0,5 −
= 0, 43 (1)
 U1  0,5 −
2
N2 
N2



n
24 
n
24
N1
− n + 24  U 2 =  0,5 −
+
+
= 0, 45 (2)
 U1  0,5 −
2
N
N
N

N

2
2 
2
2
Giải hệ (1) và (2), được: N2 = 1200 vòng, n = 1200.0,07 = 84 vòng.
 Phải tiếp tục quấn thêm 60 vòng. Chọn D.

Thực tế 2: N2 =

Ví dụ 5: Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơcấp gồm 2400 vòng dây, cuộn thứ cấp gồm 600 vòng dây.
Nối hai đầu cuộn sơcấp với điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 160 V. Nối cuộn thứ cấp với tải thuần
trở R = 25 Ω. Cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơcấp là
A. 0,4 A.
B. 0,2 A.
C. 0,6 A.
D. 0,8 A.
Lời giải:
U
N
600
Ta có 2 = 2  U 2 =
.160 = 40 V
U1 N1
2400
Cuộn thứ cấp được nối với tải, theo định luật Ohm: I2 = U2/R = 40/25 = 1,6 A.
MOON.VN – Học để khẳng định mình

Học trực tuyến: www.moon.vn

Chương trình Luyện thi Pro S.A.T – Thầy Đặng Việt Hùng

Do máy biến áp là lí tưởng nên:

Chuyên đề : ĐIỆN XOAY CHIỀU

N 2 I1
N
600
=  I1 = 2 I 2 =
.1, 6 = 0, 4 A . Chọn A.
N1 I 2
N1
2400

Ví dụ 6: Một máy biến áp có công suất ở cuộn sơcấp là 2000 W. Hiệu suất của biến áp bằng 90%. Điện áp
hiệu dụng ở mạch thứ cấp là 50 V. Giả sử hệ số công suất của mạch thứ cấp bằng 0,85 thì cường độ dòng
điện trong mạch thứ cấp xấp xỉ bằng
A. 2,44 A.
B. 4,24 A.
C. 24,4 A.
D. 42,4 A.
Lời giải:
P
H = 2  P2 = H.P1 = 2000.0,9 = 1800 W.
P1
P2
1800

=
≈ 42,5 A. Chọn D.
P2 = U2I2cosφ2  I 2 =
U 2 cosϕ2 50.0,85
Ví dụ 7: Cho một máy biến áp có hiệu suất 80%. Cuộn sơcấp có 100 vòng, cuộn thứ cấp có 200 vòng.
Mạch sơcấp lí tưởng, đặt vào hai đầu cuộn sơcấp điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100 V và tần số
0,5
50 Hz. Hai đầu cuộn thứ cấp nối với một cuộn dây có điện trở 50 Ω, độ tự cảm
(H). Cường độ dòng
π
điện hiệu dụng mạch sơcấp nhận giá trị:
A. 5 A
B. 10 A
C. 2 A
D. 2,5 A
Lời giải:
U1 N1
100 100
U2
=

=
 U 2 = 200(V)  I2 =
= 2 2(A)
U2 N2
U 2 200
R 2 + ZL2
I 22 R
8.50
H=

 0,8 =
 I1 = 5(A) . Chọn A.
U1I1
100I1

Ví dụ 8: Máy biến thế mà cuộn sơcấp có 1100 vòng dây và cuộn thứ cấp có 2200 vòng. Nối 2 đầu của
cuộn sơcấp với điện áp xoay chiều 40 V – 50 Hz. Cuộn sơcấp có điện trở thuần 3 Ω và cảm kháng 4 Ω.
Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp khi để hở là
A. 80 V
B. 72 V
C. 64 V
D. 32 V
Lời giải:
U
Z
4
3
Ta nhận thấy: L = L =  U R = U L
UR R 3
4
2
 2
3 2
2
2
2
2
 U1 = U L + U R  40 = U L +   U L  U L = 32(V)

4

. Chọn C.

U
N
32
1100
 L = 1
=
 U 2 = 64(V)
 U 2 N 2
U 2 2200

Thầy Đặng Việt Hùng – Moon.vn
MOON.VN – Học để khẳng định mình

Học trực tuyến: www.moon.vn