Một số giải pháp giải nhanh các dạng bài tập hay,lạ ,khó phần máy biến áp chương dòng điện xoay chiềuvật lí 12

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢI NHANH CÁC DẠNG BÀI TẬP
HAY, LẠ, KHÓ PHẦN MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG
“DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÍ 12

Người thực hiện: Dương Thị Hương
Chức vụ

: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý

THANH HOÁ, NĂM 2020


MỤC LỤC
I. MỞ ĐẦU............................................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài............................................................................................1
1.2. Mục đích nghiên cứu......................................................................................1
1.3. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................1
1.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................1
1.5. Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm.................................................1
II. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM....................................................1
2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm.......................................................1
2.2. Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm..................4
2.3. Giải pháp và tổ chức thực hiện.......................................................................4

2.4. Hiệu quả khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm..............................................15
III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................15


DANH MỤC VIẾT TẮT
Viết tắt
BT
KCN
HS
GV

Cụm từ
Bài tập
Khu công nghiệp
Học sinh
Giáo viên


I. MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây đề thi THPT Quốc gia xuất hiện nhiều các câu
hỏi vận dụng và vận dụng cao ở phần máy biến áp, Với mỗi dạng toán thường có
nhiều cách giải khác nhau. Đối với hình thức thi trắc nghiệm đòi hỏi phải đưa ra
quyết định nhanh và chính xác vì vậy phải đưa ra cách giải nhanh và hiệu quả
nhất. nhiều tài liệu tham khảo thường lựa chọn cách giải tuần tự chi tiết từng
bước cho bài toán. Thiết nghĩ với những bài toán mở đầu của các dạng thì việc
làm đó là cần thiết và nó phù hợp với cách thi tự luận hơn. Các bài toán tiếp theo
phải tìm ra cách giải nhanh, giúp học sinh nhớ được những dạng toán cơ bản đã
học và phát triển tới các dạng lạ, khó từ những dạng quen thuộc.
Để giúp các em học sinh chinh phục các câu khó phần máy biến áp trong

đề thi THPT Quốc gia tôi xin được trình bầy phương pháp giải nhanh một số bài
toán khó phần máy biến áp cụ thể với đề tài: Một số giải pháp giải nhanh các
dạng bài tập hay,lạ ,khó phần máy biến áp chương “Dòng điện xoay chiều “
vật lí 12.
1.2. Mục đích nghiên cứu
- Giúp học sinh nắm chắc kiến thức cơ bản tìm ra cách giải hay, kỹ năng
giải nhanh các bài toán hay, lạ, khó rút ra các quy tắc, công thức để áp dụng cho
các dạng bài tập này.
- Rèn luyện khả năng tư duy, suy luận cho học sinh.
- Rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức toán học để giải quyết các bài tập
vật lý.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu về các phương pháp giải nhanh một số dạng bài toán
máy biến áp - truyền tải điện năng đi xa.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Đưa ra cơ sở lý thuyết, phát triển các bài toán khó từ các bài toán cơ
bản.sử dụng phương pháp giải nhanh nhất để giải quyết bài toán phức tạp nhờ
công cụ toán học
Sưu tầm và hệ thống các bài tập từ các đề thi thử của các trường,đề thi TH
PTQG,đề minh hoạ và một số câu tự biên soạn, phân loại bài tập và hệ thống bài
tập để các em học sinh tiếp thu có hệ thống nhằm giúp các em tiếp cận kiến thức dễ
dàng hơn.
Mỗi chủ đề bài tập đều được chia làm các phần cụ thể:
Phần 1: Các kiến thức cần nhớ.
Phần 2: Bài tập ví dụ có lời giải.
Phần 3: Bài tập áp dụng các em tự giải.
1.5. Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm
- Đưa ra hệ thống các bài tập hay, lạ, khó.
- Sắp xếp theo mạch logich của các dạng bài từ dễ đến khó, từ đơn giản
đến phức tạp.

- Đưa ra cách giải nhanh, có nhận xét ở một số dạng bài đặc biệt.
II. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm
1


Thông qua giải BTVL các thao tác tư duy thường xuyên được rèn luyện,
năng lực quan sát, trí nhớ, óc tưởng tượng, năng lực độc lập suy nghĩ…của HS
không ngừng được nâng cao, biết phê phán, nhận xét đúng, tạo hứng thú, niềm
say mê học tập…để cuối cùng tư duy của HS được rèn luyện và phát triển
thường xuyên. Trong hoạt động dạy học, HS là chủ thể hoạt động nhưng GV là
người tổ chức, điều kiển để phát huy tối đa năng lực độc lập suy nghĩ của HS.
2.1.1. Nội dung kiến thức về máy biến áp
a. 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 điện áp khác nhau.
b. Cấu tạo
+ Máy biến áp gồm hai cuộn dây dẫn, có số
vòng khác nhau quấn trên một lõi chung bằng thép
kỹ thuật (tôn 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 và cách điện
với nhau.
c. 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, gọi là cuộn sơ cấp, được nối với mạch điện
xoay chiều. Cuộn thứ hai gọi là cuộn thứ cấp, được nối với tải tiêu thụ. Dòng
điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến thiên trong
lõi chung. Từ thông biến thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấp (cùng quấn

trên lõi chung) tạo ra một suất điện động cảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp và
gây ra một dòng điện cảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp và chạy trong tải tiêu
thụ. Dòng điện này có cùng tần số với dòng điện ở cuộn sơ cấp.
d. Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến thế.
+ Gọi N1, N2 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 điện áp dụng U1, dòng điện xoay chiều i1, 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 
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

e  N



e'  N'
t , còn ở cuộn thứ cấp là
t

u 2  i2 r2 N 2
e' N'

 . Mà e2 u 2  i2 r2 , u1 e1  i1r1 nên
(1)
u1  i1 r1
N1
e N

i1 N 2
u
thøcÊpnèivíi t¶i R tacã: i 2  2 ).
(Chú ý i  N , Vµ nÕu
R
2
1

+ Từ đó suy ra

+ Thông thường điện trở của cuộn sơ cấp là rất nhỏ nên điện áp u 1 ở hai
đầu cuộn sơ cấp có giá trị xấp xỉ bằng suất điện động e1.
2


+ Nếu mạch thứ cấp hở thì điện áp u 2 ở hai đầu cuộn thứ cấp có giá trị
bằng suất điện động e2. Do đó:

u' e' N'
 
u e N

(2). Điện áp và suất điện động ở hai

cuộn sơ cấp và thứ cấp biến thiên điều hoà cùng pha, cùng tần số, nên ta có thể
thay giá trị tức thời bằng giá trị hiệu dụng:

U ' N'

(3)

U N

+ Vậy tỉ số điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp bằng
tỉ số vòng dây của hai cuộn đó.
Nếu N2 > N1 thì U2 > U1: máy biến áp là máy tăng áp
Nếu N2 < N1 thì U2 < U1: máy biến áp là máy hạ áp.
+ Khi mạch thứ cấp nối với tải tiêu thụ thành một mạch kín thì U 2 < e2;
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 điện áp thì
công suất tiêu thụ ở hai mạch sơ cấp và thứ cấp là P 1 = U1I1 và P2 = U2I2. Nếu coi
những hao phí do các dòng Fucô trong lõi và do toả nhiệt trên các cuộn dây là
nhỏ không đáng kể, thì điện năng qua máy biến áp được bảo toàn (có loại biến
thế có hiệu suất đạt tới 99,5%), nghĩa là công suất ở hai mạch sơ cấp và thứ cấp
là như nhau: P1 = P2, suy ra

I U ' N'
  .
I' U N

Như vậy máy biến áp tăng hiệu điện thế lên bao nhiêu lần thì giảm cường
độ dòng điện đi bấy nhiêu lần và ngược lại.
2.1.2. Ứng dụng của máy biến áp - Sự truyền tải điện năng
+ Máy biến áp được dùng để tăng, giảm điện áp của dòng điện xoay
chiều, tạo ra những điện áp lớn nhỏ tuỳ ý từ lưới điện công nghiệp (lưới điện
này chỉ cung cấp một điện áp nhất định).
+ Ứng dụng quan trọng nhất của máy biến áp là trong vấn đề truyền tải
điện năng đi xa. Ở nhà máy phát điện, người ta dùng máy tăng áp để đặt lên
đường dây truyền tải một điện áp rất lớn (cao thế), do đó giảm được công suất
hao phí trên đường dây; đến khu vực tiêu thụ người ta lại phải dùng máy hạ thế
sao cho đến từng hộ sử dụng điện thì điện áp chỉ còn là điện áp thông dụng 110

(V) hay 220 (V) chẳng hạn.
+. Điện năng được sử dụng ở mọi nơi, nhưng chỉ được sản xuất ở một số
nhà máy phát điện lớn (thuỷ điện, nhịêt điện...). 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 thoã mãn yêu cầu: giảm hao phí điện năng ở các đường dây dẫn xuống mức
thấp nhất và giảm được chi phí xây dựng ở đường dây truyền tải điện.
+. 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 điện áp 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
P
U

điện. Cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây tải điện là I  . Do hiệu
ứng Jun-Lenxơ, công suất hao phí P trên đường dây do toả nhiệt bằng:
P  I 2 R  P 2

R
.
U2

3


+. Trong công thức đó, công suất P có một giá trị không đổi (vì đó là công
suất do nhà máy điện sinh ra mà ta cần truyền tải đi). Do đó muốn giảm công
suất hao phí P phải giảm R hoặc tăng U, hoặc vừa giảm R vừa tăng U. Trong

S

thực tế không thể giảm R nhiều được, vì theo công thức R   , có độ dài là l
của dây (là độ dài của đường dây truyền tải điện) không thể giảm được, còn tăng
tiết diện S của dây thì quá tốn kém (phải tăng khối lượng của dây dẫn và tăng
chi phí xây dựng đường dây). Vậy biện pháp hầu như duy nhất đang được sử
dụng rộng rãi là tăng điện áp U ở đầu đường dây tải điện. Điều này thực hiện dễ
dàng nhờ dùng máy biến áp (máy tăng áp). Dòng điện xoay chiều có điện áp
được tăng lên như vậy gọi là dòng điện cao thế. Quãng đường phải truyền tải
điện càng dài thì điện áp càng phải cao. Đến nơi tiêu thụ điện áp đó lại được
giảm xuống đến mức cần thiết nhờ máy hạ áp.
2.2. Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
- Đối với những bài toán liên quan đến công suất hao phí khi điện năng
được truyền tải từ nhà máy điện đến khu dân cư đa số học sinh rất lúng túng khi
làm bài .
- Đối với các bài tập phức tạp cần phải có kiến thức toán đề giải quyết
như xác định điện áp ,hiệu suất ,cường độ dòng điện hầu như học sinh chưa giải
quyết được
2.3. Giải pháp và tổ chức thực hiện
CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Dạng 1: Bài toán cơ bản về máy biến áp khi bỏ qua điện trở thuần
của các cuộn dây
Cơ sở lý thuyết
* Đây là bài toán thường gặp trong các đề thi đại học.
U1

N1

+ Công thức máy biến áp: U  N
2
2
+ Hiệu suất của máy biến

H

P2
P1

áp

mạch

thứ

cấp

kín:

 P U 1 I 1 cos  1
Víi  1
.
 P2 U 2 I 2 cos  2
U I

2 2
Nếu xem cos  1 cos  2 thì H  U I
1 1

U

I

N

1
2
1
+ Khi mạch thứ cấp kín và bỏ qua mọi hao phí: H 100%  U  I  N .
2
1
2
Một số ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Một máy biến áp với cuộn sơ cấp gồm N1 1000  vßng được mắc vào
mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng U 1 220 V  . Cuộn thứ cấp gồm
N 2 50  vßng . Bỏ qua mọi hao phí ở máy biến áp.
1) Xác định điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp.
2) Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ thì dòng điện chạy qua qua cuộn thứ cấp là
1  A . Hãy xác định dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp.
Hướng dẫn giải

4


U

N

1
1
1) Áp dụng công thức của máy biến áp: U  N
2
2

N

50

2
+ Suy ra điện áp ở cuộn thứ cấp: U 2 U 1 . N 220. 1000 11 V  .
1

U 1 I 2 N1
2) Khi mạch kín và bỏ qua mọi hao phí: U  I  N
2
1
2
N2
50
+ Dòng điện đi qua cuộn sơ cấp; I 1  I 2 . N 1. 1000 0,05  A .
1
Ví dụ 2: Cuộn sơ cấp của một máy biến áp gồm N1 1100  vßng được mắc vào
mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng U 1 240 V  . Cuộn thứ cấp nối
với 20 bóng đèn giống nhau có kí hiệu 12V  18W mắc song song. Biết các bóng
đèn sáng bình thường và hiệu suất của máy biến áp 100 % . Xác định số vòng dây

của cuộn thứ cấp và cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp.
Hướng dẫn giải
+ Cường độ dòng hiệu dụng điện qua mỗi bóng đèn:
Id 

+

Pd 18

 1,5  A .
U d 12

Cường

độ

I 2 20 I d 20.1,5 30  A

dòng

hiệu
U

dụng
I

điện

qua

cuộn

thứ

cấp:

N

1

2
1
+ Vì hiệu suất 100 % nên: U  I  N
2
1
2

U

2
- Số vòng dây cuộn thứ cấp N 2  N1 . U 55  vßng
1

U

2
- Dòng hiệu dụng qua cuộn sơ cấp: I 1  I 2 . U 1,5  A .
1

Ví dụ 3: Máy biến áp tự ngẫu dùng cho các tải có công suất nhỏ là một máy
biến áp chỉ có một cuộn dây. Biến thế tự ngẫu trong hình vẽ có cuộn ab gồm
1000  vßng . Vòng dây thứ 320 kể từ a được nối với chốt c. Người ta nối a, b với
mạng điện xoay chiều thành phố (cuộn ab lúc này gọi là cuộn sơ cấp) và nối bc
với tải tiêu thụ thì dòng qua tải có cường độ hiệu dụng 10  A và hiệu điện thế
hiệu dụng hai đầu tải là 149,6 V  (đoạn bc lúc này gọi là cuộn thứ cấp). Tính
điện áp và dòng điện đưa vào biến áp. Bỏ qua mọi hao phí trong biến áp.
Hướng dẫn giải
+ Số vòng dây của cuộn sơ cấp: N1 1000  vßng .
+
Số

vòng
dây
của
cuộn
thứ
N 2 1000  320 680  vßng .
U1

I2

cấp:

N1

+ Vì bỏ qua mọi hoa phí nên: U  I  N
2
1
2
- Hiệu điện thế hiệu dụng đưa vào máy biến áp:
U 1 U 2 .

N1
1000
149,6.
220 V  .
N2
680

5

N

680

2
- Dòng hiệu dụng qua cuộn sơ cấp: I 1  I 2 . N 10. 1000 6,8  A .
1

Ví dụ 4: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp AC gồm 2000 vòng dây, cuộn thứ cấp
A’B’ gồm 1000 vòng dây để hở, được quấn cùng chiều và cùng
một phía khung sắt với cuộn sơ cấp AC . Hai đầu cuộn sơ cấp mắc
vào nguồn điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 200 V  tần số
50  Hz  bằng một sợi dây có điện trở thuần R . điện áp
U AC 100 V  , cường độ dòng hiệu dụng 0,1  A . Biết điện trở thuần
của cuộn sơ cấp và thứ cấp không đáng kể. Xem mạch từ là khép
kín và hao phí do dòng phu cô là không đáng kể (xem hình bên).
1) Xác định độ tự cảm của cuộn AC
2) Xác định điện trở R .
3) Xác định điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp khi mạch hở.
4) Nối B’ với điểm giữa B của cuộn sơ cấp và cắt đầu C ra khỏi mạch
điện. Nối đầu tự do của mạch (đầu vừa cắt khỏi C) với A’. Xác định điện áp hiệu
dụng trên R.
Hướng dẫn giải
1)
L

Cảm

kháng

của

cuộn

AC:

ZL 

U AC 100

1000() ,
I
0,1

Z L 1000 10

  H  3,183 H 
 100 

2) Mạch sơ cấp gồm R và L nên: Z  R 2  Z L2  R  Z 2  Z L2
Mà Z 

U nguån
I



200
2000 () và Z L 1000 () , nên:

0,1

2
2
R  2000
 1000
103 3 () 1732()

3) Theo công thức của máy biến áp:
N
U ' A 'B ' N t
1000

 U' A 'B'  t U AC 
10050(V) . Vậy
U AC
NS
NS
2000
giữa hai điểm A’B’ là 50 V  .

điện áp hiệu dụng

4) Khi nối B với B’ và N với A’ thì dòng điện i’ đi trong cuộn A’B’ luôn
ngược chiều và bằng về độ lớn với dòng điện i đi trong cuộn AB (xem hình vẽ).
Do đó các từ trường B và B' do chúng gây ra cũng ngược chiều và cùng độ lớn

B =- B'  Từ trường tổng hợp B t trong lõi biến áp: B t = B + B' =0
+ Vậy suất điện động cảm ứng trong cuộn dây ABB’A’:

d NSB t 
dB
d

 NS t 0.
dt
dt
dt
+ Theo định luật ôm: u MN u MA  u AN u R  eCU u R  0 u R nên điện áp
hiệu dụng U R U MN 200 V 
Ví dụ 5: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp gồm N1 120 vòng dây, cuộn thứ cấp
gồm N 2 50 vòng dây. Hai đầu cuộn sơ cấp mắc vào nguồn điện xoay chiều có
e cu 

điện áp 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
6


R 131,2    . Biết điện trở thuần của cuộn sơ cấp và thứ cấp là không đáng kể.

Xem mạch từ là khép kín và hao phí do dòng phu cô là không đáng kể.
1) Biết cường độ dòng hiệu dụng ở cuộn sơ cấp 0,275  A . Xác định độ
lệch pha giữa điện áp và dòng điện ở cuộn thứ cấp và nhiệt lượng toả ra trên
nam châm trong 2  giê .
2) Biết tần số dòng điện f 50  Hz  , độ tự cảm của nam châm là
L

1
 H  . Xác định điện dung của tụ.

5

3) Xác định C để điện ở cuộn sơ cấp cực đại, tính điện áp hiệu dụng ở hai
bản tụ điện khi đó.
Hướng dẫn giải
N
50

U 2  2 U1 
.240 100(V )

N1
120
U2 N2 I2


  
1) Ta có:
U 1 N1 I1
 I  N 1 I 120 .0,275 0,66( A)
 2 N 2 1 50
U 2 100
Tổng trở cuộn thứ cấp Z 2  I  0,66 151,5   
2

+ Độ lệch pha  giữa điện áp và dòng ở cuộn thứ cấp:
cos  

R 131,2



   .
Z 2 151,5
6

+ Nhiệt lượng toả ra trên nam châm trong 1 phút:
Q I 22Rt 0,662.131
,2.603429 J  .
1
2) Cảm kháng của nam châm: ZL = L = 100 . 20   .
5

Mà
 Z  Z 2  R 2  Z  151,52  131,22  2095,6   
C
2
L
2
Z 22 R 2   Z L  Z C   
2
2
 Z  Z  R  Z  151,52  131,22  20 55,6    : lo¹i
2
L
 C
1
1
6
+ Điện dung của tụ là: C  Z 100.95,6 33,3.10  F .
C

3) Khi dòng sơ cấp cực đại thì dòng thứ cấp cũng đạt cực đại, tức mạch thứ cấp
cộng hưởng:
1
1

159,2.10  6  F  .
Z C 100 .20
U
100
.2015,24 V 
+ điện áp hiệu dụng hai bản tụ: U C  2 .Z C 
R
131,2
Z C  Z L 20     C 

Ví dụ 6: Đặt vào hai đầu A, B một máy biến áp lí tưởng
của một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U
không đổi. Biết các cuộn dây vòng thứ cấp tăng từ mức
1 đến mức 5 theo cấp số cộng. Dùng vôn kế xoay chiều
lý tưởng đo điện áp hiệu dụng ở đầu ra của cuộn thứ
cấp
thì
thu
được
kết
quả
sau:
U 50  3U10 ;U 40  U 20  4V ; 25U 30  U . Tính U
7

Hướng dẫn giải
U x0 N x0

N
Áp dụng công thức máy biến áp: U
Áp dụng công thức về cấp số cộng : N x 0  N10  ( x  1).N

Giải chi tiết:
U10 N10
N
�

� U10  10 .U
�
�U
N
N
�
U 50 N 50
N
�

� U 50  50 .U
N
N
Áp dụng công thức về máy biến áp: �U
N
N

U 50  3U10 � 50 .U  3 10 .U � N 50  3 N10
N
N
N 50  N10  4N  3 N10 � 2N  N10
N
N
U N
U 40  U 20  4V � 40 .U  20 .U  2N .  10 .U  U10  4V
N
N
N
N
N
N  2N
U 30  30 .U  10
.U  2U10  8V
N
N
�U  25U 30  25.8  200V

B. Dạng 2: Bài toán công suất hao phí trên đường dây tải điện
(Các BT phát triển tăng độ khó , rèn luyện tư duy đọc lập cho HS)
Cơ sở lý thuyết:
P

2
Hiệu suất của máy biến áp: H  P .
1

R

.
U2

Công suất hao phí trên đường dây: P  I 2 R  P 2 .

Một số ví dụ minh họa:
Ví dụ1: Một nhà máy phát điện có công suất 36  MW  , điện áp hai cực máy phát
4  kV  . Để truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ người ta nối hai
cực máy phát với cuộn sơ cấp của máy tăng áp còn nối hai đầu cuộn thứ cấp với
nơi tiêu thụ bằng một sợi dây có tổng chiều dài 100  km  có diện tích tiết diện
thẳng S 1 cm 2  và làm bằng hợp kim có điện trở suất  2.10  8  m  . Số vòng
dây của cuộn thứ cấp của máy biến áp gấp 50 lần số vòng dây của cuộn sơ cấp.
Hiệu suất của máy biến áp là 90 % .
1) Biết hệ số công suất ở cuộn thứ cấp là 0,9 . Xác định công suất, điện áp
hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng nhận được ở cuộn thứ cấp.
2) Xác định công suất hao phí trên đường dây.
Hướng dẫn giải
P

2
1) Theo định nghĩa hiệu suất của máy biến áp: H  P .
1

90
.36 32,4  MW  .
100

+ Công suất nhận được ở cuộn sơ cấp: P2  HP1 
U

N

2
2
+ Áp dụng công thức máy biến áp: U  N
1
1

8


N

2
- Suy ra điện áp ở cuộn thứ cấp: U 2 U 1 . N 4.50 200  kV  .
1

+ Mà P2 U 2 I 2 cos  2 nên dòng hiệu dụng ở cuộn thứ cấp:
P2
32,4.10 6
I2 

180  A .
U 2 cos  2 200.10 3.0,9

S

2) Điện trở của đường dây: R   . 2.10  8.

100.10 3

20    .
10  4

Công suất hao phí trên đường dây:
P  I 22 R 180 2.20 0,648.10 6 W  0,648  MW  .

Ví dụ2: Điện áp giữa hai cực của một trạm phát điện cần tăng lên bao nhiêu lần
để giảm công suất hao phí trên đường dây tải điện 100 lần, với điều kiện công
suất truyền đến tải tiêu thụ không đổi? Biết rằng khi chưa tăng điện áp, độ giảm
thế trên đường dây tải điện bằng 15% điện áp giữa hai cực của trạm phát điện.
Coi cường độ dòng điện trong mạch luôn cùng pha với điện áp.
Hướng dẫn giải
+ Ban đầu: U1 0,15U1 P1 0,15P1 P1 P1  P1 0,85.P1 .
+ Lúc sau: P2 0,01.P1 P2 P2  P2 P1 0,0015P1 0,8515P1
Mặt khác:
 P1  I 12 .R U 1 .I 1

 I 12 .R 100 .I 22 .R I 1 10.I 2
2

P

I
.
R


U
.
I


 2

2
2 2
+
 U 1 .I 1 100 .U 2 .I 2 U 1 10.U 2
P 0,01 .P1
 2
U 1
10.U 2

 P1 U 1 .I 1 U 1 . R U 1 . R
U 2
10.U 2
P2 0,8513.P1 U 2 .
0,8513.U 1 .

R
R
 P U .I U . U 2
2 2
2
 2
R
U 2 8,513U 1

Ví dụ 3: Điện năng được truyền tải từ nhà máy thủy điện đến khu dân cư có
công suất tiêu thụ không đổi. Khi truyền đi với điện áp là U thì độ giảm điện áp
trên đường dây tải điện bằng

U
. Coi cường độ dòng điện trong mạch luôn cùng
10

pha với điện áp đặt lên đường dây, điện trở của đường dây luôn không đổi. Để
hao phí trên đường dây giảm 144 lần thì cần tăng điện áp truyền đi lên bao nhiêu
lần
Hướng dẫn giải
Ta có:
Ptt  IU tt không đổi → I và U tt tỉ lệ nghịch với nhau.
P  I 2 R → P giảm 144 lần thì I giảm 12 lần (lưu ý, ta không dùng
P 

PR
để biện luận vì bài toán không ràng buộc điều kiện P không đổi).
U2
Ta lập bảng số liệu cho hai trường hợp:

Đại lượng

Dòng điện

Điện áp

Độ giảm thế

Điện áp truyền
9

nơi tiêu thụ
Ban đầu

I

U tt

Lúc sau

I
12

12U tt

đi
U
10
U
12.10

U
nU

Ta có:
12U tt  nU 

U
U
� U�

� 1 � 1
U  � nU 
1  �
 10,8 .
→ 12 �
→ n  12 �
12.10
12.10
� 10 �
� 10 � 120

Ví dụ 4: Một xưởng sản xuất hoạt động đều đặn và liên tục 8 giờ mỗi ngày, 22
ngày trong một tháng. Điện năng lấy từ máy hạ áp có điện áp hiệu dụng ở cuộn
thứ cấp là 220V. Điện năng truyền đến xưởng trên một đường dây có điện trở
tổng cộng là 0,08  . Trong một tháng, đồng hồ đo trong xưởng cho biết xưởng
tiêu thụ 1900,8 số điện (1 số điện = 1kWh). Coi hệ số công suất của mạch luôn
bằng 1. Độ sụt áp trên đường dây tải bằng
A. 4V.
B. 1V.
C. 2V.
D. 8V.
Hướng dẫn giải
Công suất tiêu thụ của xưởng: P 
�I 

A 1900,8

 10,8kW=10800W
t
22.8

P
10800 540


A
U .cos  220.1 11

� Độ sụt áp trên đường dây tải: U  I .R 

540
.0, 08 �4V .
11

Ví dụ 5: Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái định cư
bằng dây truyền tải một pha. Cho biết, nếu điện áp tạo đầu truyền đi tăng từ U
lên 2U thì số hộ dân được trạm cung cấp đủ điện năng từ 120 lên 144. Cho rằng
chỉ 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 này cung
cấp đầy đủ điện năng cho
A. 168 hộ dân. B. 504 hộ dân. C. 192 hộ dân. D. 150 hộ dân.
Hướng dẫn giải
Ta xét các trường hợp:
 Khi U tăng lên 2  công suất hao phí giảm 4:
 Công suất điện cấp cho hộ dân tăng lên

P
4

3P
tương ứng với 144  120  24 hộ
4

dân.
 Khi U tăng lên 4  công suất hao phí giảm 16:

P
16

15P
Công suất điện cấp cho hộ dân tăng lên
tương ứng với
16

15P
.24
16
 30 hộ dân
3P
4

 Điện áp 4U sẽ cấp đủ cho 120  30  150 hộ dân.
10


Ví dụ6: Một máy phát điện xoay chiều một pha có công suất phát điện và điện
áp hiệu dụng ở hai cực của máy phát đều không đổi. Nối hai cực của máy phát
với một trạm tăng áp (có hệ số tăng áp là k) đặt tại M. Từ máy tăng áp điện năng
được đưa lên dây tải cung cấp cho một xưởng cơ khí cách xa điểm M. Xưởng cơ

khí có các máy tiện cùng loại, công suất khi hoạt động là như nhau. Khi hệ số k
= 2 thì ở xưởng cơ khí có tối đa 125 máy tiện cùng hoạt động. Khi hệ số k = 4
thì ở xưởng cơ khí có tối đa 131 máy tiện cùng hoạt động. Coi rằng chỉ có hao
phí trên dây tải điện là đáng kể. Điện áp và dòng điện trên dây tải điện luôn cùng
pha. Do xảy ra sự cố ở trạm tăng áp người ta phải nối trực tiếp dây tải điện vào
hai cực của máy phát điện, khi đó ở xưởng cơ khí có tối đa số máy tiện cùng
hoạt động là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Gọi P là công suất của nhà máy phát điện và U là hiệu điện thế ở hai cực
P0 là công suất của một máy tiện ,R là điện trở của đường dây tải điện
Ta có :
Khi k = 2 thì P = 125 P0 + ΔP1
R

2
2
Công suất hao phí P  I R  P . U

P = 125 P0+ ΔP1 = 125 P0+ P 2

2

với U1 = 2U

1

R
(1)
4U 2

Khi k=4 thì P = 131 P0 + ΔP2 = 131 P0+ P 2
Từ (1) và (2) P 2

R
32P0
U2

R
(2)
16U 2

nên P = 133 P0

Khi xảy ra sử cố P = N.P0 +ΔP với N là số máy tối đa có thể hoạt động
133 P0 = N.P0 + 32P0 Vậy N = 101
C. Dạng 3: Hiệu suất truyền tải điện năng
Cơ sở lý thuyết:
+ Gọi P1 , P2 là công suất nguồn phát, Pt là công suất nơi tiêu thụ.
Do công suất nơi tiêu thụ không đổi nên ta có: Pt  H1.P1  H 2 P2 (1)
P.R
1  H1 P1.U 2 2

Lại có: H  1  2 2 �
SUY RA
2 (2)
U cos 
1  H 2 PU
2 1

U2

(1  H 1 ) H 1

.
U1
(1  H 2 ) H 2

+ Gọi U là điện áp 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
P
U

độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây tải điện là I  . Do hiệu ứng JunLenxơ, công suất hao phí P trên đường dây do toả nhiệt bằng: P  I 2 R  P 2

R
U2

.
Một số ví dụ minh họa:
Ví dụ1: Điện năng được truyền từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ bằng đường
dây tải điện một pha. Để giảm hao phí trên đường dây người ta tăng điện áp ở
nơi truyền đi bằng máy tăng áp lí tưởng có tỉ số giữa số vòng dây của cuộn thứ
11


cấp và số vòng dây của cuộn sơ cấp là k . Biết công suất của nhà máy điện không
đổi, điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn sơ cấp không đổi, hệ số công suất của
mạch điện bằng 1. Khi k  10 thì công suất hao phí trên đường dây bằng 10%
công suất nơi tiêu thụ. Để công suất hao phí trên đường dây bằng 5% công suất
ở nơi tiêu thụ thì k phải có giá trị là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải

N2 U 2
P2

 k và P  2
� U tăng k lần thì P giảm k 2 lần.
N1 U1
U cos 2 

Ta có: P  P  Ptie�uthu�(*)
Khi k  10 : (*) � P  P  10.P � P 

P
(1)
11

Khi k � 10n (máy tăng áp lên n lần) thì hao phí giảm đi n2 lần:
P 20.P
P P

� 2 
(2)
2
2
n
n
n
21
21
21
� k�

 10
�13,8.
Từ (1) và (2), suy ra: n 
11
11

 * � P 

Ví dụ 2: Điện năng được truyền từ một trạm phát điện đến nơi tiêu thụ bằng
đường dây tải 1 pha có điện trở R. Nếu điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây tải
là 220 V thì hiệu suất truyền tải là 60%. Để hiệu suất truyền tải tăng đến 90%
mà công suất truyền đến nơi tiêu thụ vẫn không thay đổi thì điện áp hiệu dụng
hai đầu đường dây có giá trị là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải
Gọi P1 , P2 là công suất nguồn phát, Pt là công suất nơi tiêu thụ.
Do công suất nơi tiêu thụ không đổi nên ta có: Pt  H1.P1  H 2 P2 (1)
Lại có: H  1 

P.R
1  H1 P1.U 2 2
�

2
U 2 cos 2 
1  H 2 PU
2 1

Từ (1) và (2) �

U2

1  H1 H1
1  0,6 0, 6
8

.

.
� U2 
.220 �360 V.
U1
1  H2 H2
1  0,9 0,9
3

Ví dụ 3: Một công ty điện dùng đường dây tải điện với công suất truyền tải
không đổi để cấp điện cho một khu dân cư với hiệu suất truyền tải là 90%. Sau
nhiều năm, dân cư ở đó giảm khiến công suất tiêu thụ tại khu đó giảm xuống và
còn 0,7 lần so với ban đầu trong khi vẫn phải sử dụng hệ thống đường dây tải
điện cũ. Cho rằng hao phí trên đường dây tải điện có nguyên nhân chủ yếu là do
sự tỏa nhiệt trên đường dây bởi hiệu ứng Jun – Len-xơ. Hệ số công suất của
mạch điện là 1. Tỉ số độ giảm thế trên dây và hiệu điện thế trên tải khi dân cư
thay đổi là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải
Gọi P là công suất nơi phát.
Công suất nơi tiêu thụ lúc đầu là: H 

Ptt
� Ptt  0,9 P
P

Công suất nơi tiêu thụ lúc sau: Ptt� 0,9 P.0, 7  0, 63P � H �

Ptt�
 0, 63
P

12


Vì

cos =1 � H=

U tt
U tt
1
U 1
U � 1
1
37


�
 1 �

1 
1 

U
U U tt  U 1 

U tt H
U tt� H �
0, 63
63
U tt

Ví dụ 4: Điện năng được truyền từ một nhà máy điện A có công suất không đổi
đến nơi tiêu thụ B bằng đường dây tải điện một pha. Nếu điện áp truyền đi là U
và tại B lắp máy hạ áp lý tưởng với hệ số biến áp là 30 thì đáp ứng được

20
nhu
21

cầu điện năng của B. Coi cường độ dòng điện và điện áp luôn áp luôn cùng pha
với nhau. Muốn cung cấp đủ điện cho B với điện áp truyền đi là 2U thì ở B phải
dùng máy hạ áp lý tưởng có hệ số biến áp là
A. 53.
B. 58.
C. 63.
D. 44.
Hướng dẫn giải
Gọi điện áp ở cuộn thứ cấp là U0. Nếu hệ số hạ áp là 30 thì điện áp ở cuộn sơ
cấp là 30U0 , nếu hệ số hạ áp là k thì điện áp ở cuộn sơ cấp là kU0.
Điện áp truyền đi là U : P  P  20 1

P
 21 2
4
Giải hệ (1) và (2) suy ra P  64/ 3,P  4/ 3

�
20 30U0
H1 

�
�
P
U � 20  2.30 � k  63.
Ta có hiệu suất �
21
k
�H  21  kU0
2
�
P
2U
�

Điện áp truyền đi là 2U : P 

Ví dụ 5: Điện năng được truyền từ một nhà máy phát điện đến một khu công
nghiệp (KCN) bằng đường dây tải điện một pha. Biết công suất của nhà máy
không đổi, hệ số công suất của mạch điện bằng 1. Khi điện áp hiệu dụng tại nhà
máy là U, ở KCN, người ta lắp một máy hạ áp với tỉ số giữa vòng dây của cuộn
sơ cấp và số vòng dây cuộn thứ cấp là 54 thì chỉ đáp ứng được 12/13 nhu cầu
tiêu thụ điện năng của KCN. Để cung cấp đủ điện năng cho KCN, người ta nâng
điện áp tại nhà máy lên đến 2U. Khi đó, tại KCN phải dùng máy biến áp có tỉ số
giữa số vòng dây của cuộn sơ cấp và số vòng dây cuộn thứ cấp là bao nhiêu ?
A. 117.
B. 114.

C. 111.
D. 108.
Cách 1
Hướng dẫn giải
Gọi U 0  h/s là điện áp cuộn thứ cấp. Khi tỉ số là 54 thì điện áp cuộn sơ cấp là
54U0; khi tỉ số là n là điện áp cuộn sơ cấp là nU0
Giả sử công suất tiêu thụ của KCN là 13.
Khi điện áp truyền đi là U thì hao phí là P � P  P  12  1
Khi điện áp truyền đi là 2U thì hao phí là
Từ (1) và (2), suy ra P 

P
P
�P
 13  2 
4
4

40
4
; P 
3
3

13


54U 0
12
12


 0,9 
 3
P 40 / 3
U
13
13
39 nU 0
� H2  


 4
P 40 / 3 40 2U
� H1 

Chia vế với vế của (3) cho (4), suy ra n  117.
Cách 2
Hướng dẫn giải
P2tt U 2tt I 2
U 2tt P2tt I1


. .
→
P1tt U1tt I1
U1tt P1tt I 2

P không đổi, U tăng 2 lần →
U 2 tt

13 �
�

I1
 2.
I2

13

13 �
�

13 �
�

→ U  �12 �.  2   6 → máy hạ áp có k2  � �k1  � �.  54   117 .
� �
�6 � �6 �
1tt
Ví dụ 6: Điện năng từ một trạm điện được truyền tới nơi tiêu thụ bằng đường
dây truyền tải một pha. Ban đầu điện áp truyền tải là U và hiệu suất truyền tải là
50%. Về sau do được nâng cấp nên điện áp truyền tải tăng lên 2 lần, còn điện trở
đường dây giảm 20%. Xem hệ số công suất mạch truyền tải không đổi. Tính
hiệu suất lúc sau.
A. 90%.
B. 60%.
C. 70%.
D. 80%.
Hướng dẫn giải
Lúc đầu ta có H t 

P  Php1
P

 1

Php1
P

�

Php1
P

 0,5

Lúc sau
Php 2 

P
P
P
P 2 .R2
0,5
 hp1 � Php1  5Php 2 � H 2  1  hp 2  1  hp1  1 
 0,9
2
2
U 2 cos 
5

P
5P
5

Một số bài tập vận dụng:
Bài 1: Điện năng được truyền tải từ nhà máy đến nơi tiêu thụ với công suất
truyền đi P là không đổi. Ban đầu hiệu suất của quá trình truyền tải là 80%. Coi
hệ số công suất của mạch truyền tải luôn được giữ cos   1 . Nếu người ta giảm
điện trở của dây dẫn xuống một nửa và lắp một máy tăng áp với hệ số tăng k  5
trước khi truyền đi thì hiệu suất của quá trình truyền tải là
A.0,996
B.0.995
C. 0.991
D. 1,123
Bài 2 : Điện năng được truyền từ một nhà máy phát điện gồm 8 tổ máy đến nơi
tiêu thụ bằng đường dây tải điện một pha. Coi điện áp hiệu dụng ở nhà máy
không đổi, hệ số công suất của mạch điện bằng 1, công suất phát ra của các tổ
máy khi hoạt động là không đổi và như nhau. Khi hoạt động với cả 8 tổ máy thì
hiệu suất truyền tải là 89%. Khi hoạt động với 5 tổ máy thì hiệu suất truyền tải là
A.0,93125
B.0.91295
C. 0.19915
D. 1,1523
Bài 3 : Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa bằng máy biến áp. Điện năng
được truyền từ nơi phát tới nơi tiêu thụ bằng đường dây một pha. Công suất
truyền đi không đổi, coi hao phí điện năng chỉ do tỏa nhiệt trên đường dây. Khi
14


tăng điện áp ở nơi phát lên thêm 200 kV thì hiệu suất truyền tải tăng từ 80% lên

95%. Nếu tăng điện áp lên 300 kV so với lúc đầu thì hiệu suất truyền tải là
A.96,8%
B.69.4%
C. 98,6%
D. 93,5%
Bài 4: Một trạm phát điện truyền đi công suất 1000kW bằng dây dẫn có điện trở
tổng cộng 8 điện áp ở hai cực của máy là 1000V. Hai cực của máy được nối
với hai đầu cuộn sơ cấp của máy tăng áp lý tưởng mà số vòng dây của cuộn thứ
cấp gấp 10 lần số vòng dây cuộn sơ cấp. Biết hệ số công suất của đường dây
bằng 1. Hiệu suất quá trình truyền tải:
A. 92%.
B. 95%.
C. 80%.
D. 87%.
Bài 5: Điện năng được truyền từ trạm phát điện đến nơi tiêu thụ bằng đường
dây tải điện một pha. Ban đầu hiệu suất truyền tải là 60%. Cho công suất truyền
đi không đổi và hệ số công suất ở nơi tiêu thụ (cuối đường dây tải điện) luôn
bằng 0,8. Để giảm hao phí trên đường dây 4 lần thì cần phải tăng điện áp hiệu
dụng ở trạm phát điện lên n lần. Giá trị của n là
A.0,9
B.2,2
C. 2,1
D. 1,1
Bài 6: Điện năng được truyền từ một trạm phát điện đến nơi tiêu thụ bằng đường
dây tải 1 pha có điện trở R. Nếu điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây tải là 220
V thì hiệu suất truyền tải là 60%. Để hiệu suất truyền tải tăng đến 90% mà công
suất truyền đến nơi tiêu thụ vẫn không thay đổi thì điện áp hiệu dụng hai đầu
đường dây có giá trị gần nhất là
A.420 V.
B.330 V.

C.460 V.
D.360 V.
2.4. Hiệu quả khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Tiến hành dạy thực nghiệm cho học sinh ôn thi THPT Quốc Gia tại
trường THPT Nguyễn Mộng Tuân qua nhiều năm tôi thấy hiệu quả rõ rệt. Học
sinh không còn lúng túng khi gặp các bài tập vận dụng, vận dụng cao phần này.
Các em đã chinh phục tốt phần bài tập máy biến áp trong đề thi PTTH Quốc gia
các năm. Trong đề minh họa năm 2020 các em đã giải quyết rất tốt bài tập phần
này.
III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Để ôn luyện tốt kiến thức về phần máy biến áp thì trước hết các em học
sinh phải đọc lại kiến thức của phần này trong sách giáo khoa, tiếp theo các em
đọc phương pháp giải và làm các bài tâp ví dụ. Trong quá trình đọc sách không
nên đọc lời giải trước mà phải cố gắng suy nghĩ tự tìm tòi lời giải. Nếu không
làm được chúng ta mới đọc phần hướng dẫn giải. Sau đó các em tiếp tục đọc và
làm các bài tập vận dụng một lần nữa để củng cố lại kiên thức.
Tôi hi vọng rằng với đề tài : Một số giải pháp giải nhanh các dạng bài
tập hay,lạ ,khó phần máy biến áp chương “Dòng điện xoay chiều “ vật lí 12 , là
tài liệu bổ ích giúp các em ôn luyện và làm bài tâp tốt phần này.
XÁC NHẬN
CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ

Thanh Hoá, ngày 06 tháng 07 năm 2020
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình,
không sao chép nội dung của người khác.
15


NGƯỜI VIẾT

Dương Thị Hương

16