Bài 16: Truyền tải điện năng. Máy biến áp

I. Tóm tắt lý thuyết:

1. Truyền tải điện năng đi xa

- Công suất hao phí :

\[{P_{hp}} = r{I^2} = \frac{{r.P_{phat}^2}}{{U_{phat}^2}}\] 

- T\[g quá trình truyền tải điện năng, phải sử dụng những thiết bị biến đổi điện áp.

2. Máy biến áp 

- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.

- Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

\[\frac{{{U_2}}}{{{U_1}}} = \frac{{{I_1}}}{{{I_2}}} = \frac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\] 

+ Nếu \[\frac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\] >1: Máy tăng áp

+ Nếu \[\frac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\] <1: Máy hạ áp

3. Ứng dụng của máy biến áp 

- Truyền tải điện năng

- Nấu chảy kim loại, hàn điện.

II. Bài tập minh hoạ:

Bài 1: Một máy biến áp có số vòng dây trên cuộn sơ cấp và số vòng dây của cuộn thứ cấp là 2000 vòng và 500 vòng. Ðiện áp hiệu dụng và cường độ hiện dụng ở mạch thứ cấp là 50 V và 6 A. Xác định điện áp hiệu dụng và cường dộ hiệu dụng ở mạch sơ cấp bao nhiêu ?

Giải:

\[\begin{array}{l}
\frac{{{U_2}}}{{{U_1}}} = \frac{{{I_1}}}{{{I_2}}} = \frac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\\
 \Rightarrow {U_1} = {U_2}.\frac{{{N_1}}}{{{N_2}}} = 50.\frac{{2000}}{{500}} = 200\,(V)\\
 \Rightarrow {I_1} = {I_2}.\frac{{{N_2}}}{{{N_1}}} = 6.\frac{{500}}{{2000}} = 1,5\,(V)
\end{array}\] 

Bài 2: 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 dầu 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 dầu 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. Ðể được máy biến áp đúng như dự định, học sinh này phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp bao nhiêu vòng ?

Bài 3: Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm 1000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 50 vòng. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn sơ cấp là 220 V. Bỏ qua hao phí. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là bao nhiêu ?

Bài 4: Khi truyền đi một công suất 20 MW trên đường dây tải điện 500 kV mà đường dây tải điện có điện trở 20 Ω thì công suất hao phí là bao nhiêu ?

Bài 5: Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây lần lượt là \[{N_1}\] và \[{N_2}\]. Biết \[{N_1}\] = \[10{N_2}\]. Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều \[u{\rm{ }} = {\rm{ }}U0cos\omega t\] thì điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở là bao nhiêu ?

Bài 6: Khi truyền điện năng có công suất P từ nơi phát điện xoay chiều đến nơi tiêu thụ thì công suất hao phí trên đường dây là ΔP. Để công suất hao phí trên đường dây chỉ còn là ΔP/n (với n > 1), ở nơi phát điện người ta sử dụng một máy biến áp (lí tưởng) có tỉ số giữa số vòng dây của cuộn sơ cấp và số vòng dây của cuộn thứ cấp là bao nhiêu ?

Bài 7: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp lí tưởng 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 bao nhiêu ?

Bài 8: 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 bao nhiêu ?

Bài 9: 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 bao nhiêu ?

Bài 10: Một nhà máy phát điện phát đi với công suất 60 kW, điện áp 6000 V, đến nới tiêu thụ điện áp còn 5000 V. Coi dây tải điện là thuần điện trở. Điện trở của dây tải điện là bao nhiêu?