Học cùng HCV | HCV2020: Máy biến áp - Truyền tải điện năng

Blog Học Cùng HCV xin chia sẻ bài viết "Máybiến áp - Truyền tải điện năng" thuộc chủ đề Vật lí 12 - LTĐH. Bạn có thể tìm thấy bài viết này bằng từ khóa hcv2020.

Trong bài viết này, chúng ta cùng Tóm tắt lí thuyết Máy Biến áp, Hệ thống các công thức quan trọng, Công suất tổn hao khi truyền tải điện năng đi xa, ...

Để làm tốt đề thi thpt quốc gia môn Vật lí, phần Máy biến áp - Truyền tải điện năng sắp tới, các bạn sẽ cần nhớ được các nội dung quan trọng sau đây :

Cấu tạo của máy biến áp 1 pha
Phân loại Máy biến áp
Công dụng máy biến áp
Định nghĩa chuẩn nhất về máy biến áp.
Công suất hao phí trên đường dây tải
Hiệu suất tải điện
Độ giảm điện áp trên đường dây tải điện
Biện pháp giảm hao phí trên đường dây tải

Sau đó các bạn sẽ được làm các bài tập mẫu có lời giải và Trải nghiệm thử sức với các dạng bài tập về Máybiến áp - Truyền tải điện năng trong đề thi những năm gần đây.

Nào ta cùng HCV2020 bắt đầu thôi.

Định nghĩa Máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp (của dòng điện xoay chiều) nhưng giữ nguyên tần số.

Cấu tạo Máy biến áp

+ Một lõi biến áp tạo thành khung bằng sắt non có pha silic để tăng độ từ thẩm của lõi sắt.

+ Hai cuộn dây có số vòng dây N1, N2 khác nhau, có điện trở thuần nhỏ và độ tự cảm lớn quấn trên lõi biến áp. Cuộn nối vào nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn nối ra các thiết bị tiêu thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp.

So sánh N1 và N2 người ta sẽ có căn cứ để phân loại Máy biến áp.

Máy biến áp - Truyền tải điện năng Vật lí 12 - LTĐH | Học Cùng HCV

Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp

Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

==> Nối hai đầu cuộn sơ cấp vào nguồn phát điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp tạo ra từ trường biến thiên trong lõi biến áp. Từ thông biến thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấp gây ra suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp.

Bạn có thể xem sơ đồ dưới đây để hiểu rõ hơn về Nguyên lí hoạt động của máy biến áp nhé.

Các thông số cuộn sơ cấp chó chỉ số 1, beent hứ cấp có chỉ số 2 bạn nhé.

Để đơn giản người ta kí hiệu Máy biến áp như hình bên phải.

Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện trong máy biến áp:

Với máy biến áp làm việc trong điều kiện lí tưởng (hiệu suất 100%) :

* Công dụng của máy biến áp

+ Dùng để thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều.

+ Sử dụng trong việc truyền tải điện năng để giảm hao phí trên đường dây truyền tải.

+ Sử dụng trong các máy hàn điện, nấu chảy kim loại.

Công thức Máy biến áp

Mạch thứ cấp không tải:

Ø Mạch thứ cấp có tải (lí tưởng):

Trong đó:

U₁ (là điện áp hiệu dụng) ; E₁ (suất điện động hiệu dụng) ; I₁ (cường độ hiệu dụng) ;

N₁ (số vòng dây) : của cuộn sơ cấp

U₂ (là điện áp hiệu dụng) ; E₂ (suất điện động hiệu dụng) ; I₂ (cường độ hiệu dụng) ;

N₂ (số vòng dây): của cuộn thứ cấp

ØHiệu suất của máy biến áp :

Trong đó: cosj₁và cosj₂: là hệ số công suất của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

(Hiệu suất của máy biến áp thường rất cao trên 95% )

II. Bài tập MÁY BIẾN ÁP

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. Điện áp hiệu dụng và cường độ hiệu dụng ở mạch thứ cấp lần lượt là 50V và 6A. Xác định điện áp hiệu dụng và cường độ hiệu dụng ở mạch sơ cấp.

Hướng dẫn giải từ Blog Học cùng HCV:

Dựa vào công thức hệ số biến áp, dễ dàng tìm được: U1 = 200V ; I1 = 1,5A
Nếu khó khăn, bạn có thể tham khảo lời giải chi tiết trên Blog Học cùng HCV bạn nhé.

2. Cuộn sơ cấp và thứ cấp của một máy biến áp có số vòng lần lượt là N1 = 600 vòng, N2 = 120 vòng. Điện trở thuần của các cuộn dây không đáng kể. Nối hai đầu cuộn sơ cấp với điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 380V.

a) Tính điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp.

b) Nối 2 đầu cuộn thứ cấp với bóng đèn có điện trở 100. Tính cường độ dòng điện hiệu dụng chạy trong cuộn sơ cấp. Bỏ qua hao phí ở máy biến áp.

Hướng dẫn giải từ Blog Học cùng HCV:

a) Từ U1/U2 = N1/N2 dễ dàng tính được U2 = 76V

b) Tính I2 và I1 theo công thức: I2 = U2 /R và I1 = (N2 .I2)/N1
Nếu khó khăn, bạn có thể tham khảo lời giải chi tiết trên Blog Học cùng HCV bạn nhé.

Một số câu hỏi trắc nghiệm

Câu 1 : Điện áp đặt vào 2 đầu cuộn sơ cấp của máy biến áp là 220V, số vòng dây của 2 cuộn sơ và thứ cấp lần lượt là N1=1000 vòng ; N2=50 vòng, mạch thứ cấp gồm một điện trở R=8Ω; một cuộn cảm có điện trở thuần 2Ω và một tụ điện. Cường độ dòng điện chạy qua cuộn thứ cấp là 0,032A, bỏ qua hao phí của máy biến áp. Độ lệch pha giữa cường độ và điện áp trong cuộn thứ cấp là:

A. π/2

B. π/3

C. +π/4 hoặc -π/4

D. +π/6 hoặc -π/6

Câu 2 : Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2 kV và công suất 200 kW. Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và ở nơi thu sau mỗi ngày đêm chênh lệch nhau thêm 480 kWh. Hiệu suất của quá trình truyền tải điện là:

A. H = 95 % B. H = 80 %

C. H = 90 % D. H = 85 %

Câu 3 : Hiện nay người ta chủ yếu dùng cách nào sau đây để làm giảm hao phí điện năng trong quá trình truyền tải đi xa?

Tăng điện áp trước khi truyền tải điện năng đi xa.
Xây dựng nhà máy điện gần nơi tiêu thụ.
Dùng dây dẫn bằng vật liệu siêu dẫn.
Tăng tiết diện dây dẫn dùng để truyền tải

Câu 4 : Điện năng ở một trạm phát điện được truyền đi dưới điện áp 2kV, hiệu suất trong quá trình truyền tải là H = 80%. Muốn hiệu suất trong quá trình truyền tải tăng đến 95% thì ta phải

A. tăng điện áp lên đến 4kV.

B. tăng điện áp lên đến 8kV.
C. giảm điện áp xuống còn 1kV.

D. giảm điện áp xuống còn 0,5kV

Câu 5. Một máy biến áp có cuộn sơ cấp 1000 vòng dây được mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220V. Khi đó điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 484V. Bỏ qua mọi hao phí của máy biến thế. Số vòng dây của cuộn thứ cấp là:

A. 1100. B. 2200.

C. 2500. D. 2000

Câu 6 (ĐH–2007) : Một máy biến thế có cuộn sơ cấp 1000 vòng dây được mắc vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện 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 dây của cuộn thứ cấp là

A. 2500.

B. 1100.

C. 2000.

D. 2200.

Câu 7: Một máy biến thế dùng trong máy thu vô tuyến có cuộn sớ cấp gồm 1000 vòng, mắc vào mạng điện 27V và ba cuộn thứ cấp để lấy ra các hiệu điện thế 6,35V; 15V; 18,5V. Số vòng dây 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 (ĐH- 2010) : Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp 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. 100 V. B. 200 V.

C. 220 V. D. 110 V.

Câu 9 (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 dung 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. 60 vòng dây.

B. 84 vòng dây.

C. 100 vòng dây.

D. 40 vòng dây.

PHƯƠNG PHÁP GIẢI bài toán Mạch điện chỉ chứa một phần tử (hoặc R, hoặc L, hoặc C)

- Mạch điện chỉ có điện trở thuần: u và i cùng pha: ϕ = ϕu - ϕi = 0 Hay ϕu = ϕi

+ Ta có: thì ; với .

+Ví dụ 1: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R= 100Ω có biểu thức u=. Biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch là :

A. i= C. i=

B. i= D.i=

-Mạch điện chỉ có tụ điện:

uC trễ pha so với i góc . -> ϕ = ϕu - ϕi =- Hay ϕu = ϕi - ; ϕi = ϕu +

+Nếu đề cho thì viết: và ĐL Ôm:

với .

+Nếu đề cho thì viết:

+Ví dụ 2: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ có điện dung C= có biểu thức u=. Biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch là :

A. i= C.i=

B. i= D.i=

-Mạch điện chỉ có cuộn cảm thuần:

uL sớm pha hơn i góc-> ϕ = ϕu - ϕi = Hay ϕu =ϕi +; ϕi = ϕu -

+Nếu đề cho thì viết: và ĐL Ôm: với

Nếu đề cho thì viết:

Ví dụ 3: Hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm có độ tự cảm L= có biểu thức u=. Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là :

A. i= C.i=

B. i= D.i=

Bài tập vận dụng:

Câu 1: Điện áp giữa hai đầu một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R= 200Ω có biểu thức u=. Biểu thức của cường độ dòng điện trong mạch là :

A. i= C.i=

B. i= D.i=

Câu 2: Cho hiệu điện thế giữa hai đầu 1 đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn thuần cảm là : . Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là :

A. i= C. i=

B. i= D. i=

Câu 3: Cho điện áp hai đầu tụ C là u = 100cos (100πt- π/2) (V). Viết biểu thức dòng điện qua mạch, biết

A. i = cos (100πt) (A) B. i = 1cos (100πt + π) (A)

C. i = cos (100πt + π/2) (A) D. i = 1cos (100πt – π/2) (A)

Câu 4: Đặt điện áp (V) vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm thì cường độ dòng điện qua mạch là:

A. (A) B. (A)
C. (A) D. (A)

Câu 5: Đặt điện áp (V) vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm L= 0,318 (H) (Lấy 0,318) thì cường độ dòng điện qua mạch là:

A. (A) B. (A)
C. (A) D. (A)

Câu 6: Đặt điện áp (V) vào hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ địên có C = 15,9μF (Lấy 0,318) thì cường độ dòng điện qua mạch là:

A. (A) B. (A)
C. (A) D. (A)

Câu 7: Đặt một hiệu điện thế xoay chiều vào hai đầu cuộn dây chỉ có độ tự cảm L= thì cường độ dòng điện qua cuộn dây có biểu thức i=3cos (100πt+) (A). Biểu thức nào sau đây là hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch: