Máy biến áp & Truyền tải điện năng- Máy phát điện động điện PHẦN 1: Máy biến áp & Truyền tải điện I.Tóm tắt lý thuyết: Máy biến áp: Ø Mạch thứ cấp không tải: ( N2N1 : tăng áp ) 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): cuộn sơ cấp U2 ( điện áp hiệu dụng); E2 (suất điện động hiệu dụng); I2 (cường độ hiệu dụng); N2 ( số vòng dây): cuộn thứ cấp ØHiệu suất máy biến áp : H= Trong đó: cosj1 cosj2 : hệ số cơng suất cuộn sơ cấp thứ cấp (Hiệu suất máy biến áp thường cao 95% ) 2.Truyền tải điện năng: Ø Cơng suất hao phí đường dây tải điện: Php = PPhát , UPhát : c/suất & HĐT nơi phát; Nếu coj < : Php = -Khi tăng U lên n lần cơng suất hao phí Php giảm n2 lần Ø Độ giảm dây dẫn: Với: r ( hayRd): ( dẫn điện dây) U = R.I = = ) điện trở tổng cộng dây tải điện (lưu ý: ρ: điện trở suất đv: Ω.m; l: chiều dài dây dẫn đv: m; S: tiết diện dây dẫn : đv: m2 I : Cường độ dòng điện dây tải điện P : công suất truyền nơi cung cấp; U: điện áp nơi cung cấp cosj: hệ số công suất dây tải điện Ø Hiệu suất tải điện: Với: % : Công suất truyền : Công suất nhận nơi tiêu thụ : Cơng suất hao phí - Phần trăm công suất bị mát đường dây tải điện: đv: % II.Bài tập : MÁY BIẾN ÁP a.Các ví dụ: Ví dụ 1: Một máy biến áp lí tưởng có hai cuộn dây 10000vịng 200vịng a) Muốn tăng áp cuộn cuộn sơ cấp ?Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng U1=220V điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp bao nhiêu? b)Cuộn có tiết diện lớn HD giải: a)Để máy tăng áp số vịng cuộn thứ cấp phải lớn cuộn sơ cấp: -Nên ta có: N1=200vịng, N2=10000 vịng -Điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp: =11000V b)Cuộn sơ cấp có tiết diện dây lớn N1 < N2 = Ví dụ 2: Một máy biến áp gồm có cuộn sơ cấp 300 vòng, cuộn thứ cấp 1500 vòng Mắc cuộn sơ cấp vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V a Tính điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp b Cho hiệu suất máy biến áp (khơng hao phí lượng) Tính cường độ hiệu dụng cuộn thứ cấp, cường độ hiệu dụng cuộn sơ cấp I1=2A Giải: a Ta có Điện áp hiệu dụng cuộn sơ cấp: V b Ta có Cường độ hiệu dụng mạch thứ cấp: A Ví dụ 3: Một máy biến có cuộn sơ cấp 1000 vịng dây mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220V Khi điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở 484V Bỏ qua hao phí máy Số vịng dây cuộn thứ cấp A 1100vòng B 2000vòng C 2200 vòng D 2500 vòng Giải : Từ Thế số : N2= = 2200 vịng Chọn C Ví dụ 4: Một máy biến áp pha có số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp 2000 vòng 100 vòng Điện áp cường độ hiệu dụng mạch sơ cấp 120V – 0,8A Bỏ qua mát điện điện áp hiệu dụng cơng suất mạch thứ cấp là: A 6V – 96W 120V – 4,8W B 240V – 96W C 6V – 4,8W D Giải : Điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp: V Bỏ qua mát điện P2 = P1 = U1.I1 = 120.0,8 = 96W Vậy chọn đáp án A Ví dụ 5: Cuộn thứ cấp máy biến có 1000vịng Từ thơng xoay chiều lõi biến có tần số 50Hz giá trị cực đại 0,5mWb Suất điện động hiệu dụng cuộn thứ cấp là: A 111V B 157V C 500V D 353,6V Giải : Chọn A Hướng dẫn: Ta có: đáp án A Ví dụ 6: Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp máy biến áp hiệu điện xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100V Cuộn sơ cấp có 2000 vịng, cuộn thứ cấp có 4000 vịng Tính điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở (giả thiết bỏ qua điện trở hoạt động R cuộn sơ cấp) Khi dùng vơn kế (có điện trở vơ lớn) để đo hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp để hở, người ta thấy vôn kế 199V So sánh kết với giá trị câu giải thích sao? Hãy xác định tỉ số cảm kháng ZL cuộn sơ cấp điện trở hoạt động Giải: Ta có: U2= U1= Điện áp hiệu dụng U2 hai đầu cuộn thứ cấp để hở là: 100=200V 199V => U3n=200V Câu 18(ĐH-2011): Một học sinh quấn máy biến áp với dự định số vòng dây cuộn sơ cấp gấp hai lần số vòng dây cuộn thứ cấp Do sơ suất nên cuộn thứ cấp bị thiếu số vòng dây Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp thêm vào cuộn thứ cấp cho đủ, học sinh đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dung khơng đổi, dùng vôn kế xác định tỉ số điện áp cuộn thứ cấp để hở cuộn sơ cấp Lúc đầu tỉ số điện áp 0,43 Sau quấn thêm vào cuộn thứ cấp 24 vòng dây tỉ số điện áp 0,45 Bỏ qua hao phí máy biến áp Để máy biến áp dự định, học sinh 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 Giải: Gọi N1, N2 số vòng dây ban đầu cuộn; n số vòng phải thêm cần tìm Ta có: Þ Đáp án B TRUYỂN TẢI ĐIỆN NĂNG Các ví dụ: Ví dụ 1: Một máy biến áp có tỉ số vịng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp = 10 Bỏ qua hao phı́ Ơ cuôn thứ c p c n môt công su t P = 11kW và có ̣ ̣ cường độ hiêu dụng I = 100A điên áp hiêu dụng ở hai đau cuôn sơ c p là : ̣ ̣ ̣ ̣ A.U1 = 100 V =1100 V B.U1 =200 V C.U1 = 110 V D.U1 Giải: Ta có U2 = P2/I2 = 11000/100=110V Vì bỏ qua hao phí, ta dùng cơng thức : Suy ra: =1100V Chọn D Ví dụ 2: Người ta cần truyền công suất 5MW từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ cách 5km Hiệu điện hiệu dụng cuộn thứ cấp máy tăng áp U =100kV Muốn độ giảm đường dây khơng q 1%U tiết diện đường dây dẫn phải thỏa điều kiện nào? Biết điện trở suất dây tải điện 1,7.10-8Wm A.5,8(mm 2)£ S B 5,8(mm2)£ S R £ Mà P= UI => I=P/U = Thay số: S ³ =50A => R £ =20Ω £ 20 S ³ = 8,5.10-6(m2) =8,5(mm 2) Hay S ³ 8,5(mm2) Ví dụ 3: Người ta cần truyền công suất điện pha 10000kW hiệu điện hiệu dụng 5kV xa Mạch điện có hệ số cơng suất cosφ = 0,8Ω Muốn cho tỷ lệ lượng đường dây khơng q 10% điện trở đường dây phải có giá trị khoảng nào? A 10Ω£ R P2 =0,96P1 =0,96.10 =9,6(KW) =9600(W) Theo cơng thức : Suy ra: Từ : P2 =U2I2 cos j = > =1000/5 =200V =60A Vậy cường độ dòng điện chạy cuộn thứ cấp là: 60A Chọn D Ví dụ 5: Một trạm phát điện truyền với công suất P= 50 kW, điện trở dây dẫn Hiệu điện trạm 500V a.Tính độ giảm thế, cơng suất hao phí dây dẫn b.Nối hai cực trạm phát điện với biến có hệ số k=0,1 Tính cơng suất hao phí đường dây hiệu suất tải điện bao nhiêu? Biết lượng hao phí máy biến không đáng kể, hiệu điện cường độ dịng điện ln pha Giải: a Ta có: I= = A;Vậy độ giảm thế: Cơng suất hao phí dây: Ta có: U=IR=100.4=400 V P= RI2=4.1002=40000 W = 40 kW b Ta có: k = U2= = =5000 V ; I2 = Do đó: cơng suất hao phí dây: - Hiệu suất tải điện: H= A P’ =R = (10)2= 400 W = 0,4 kW % ... suất máy biến áp : H= Trong đó: cosj1 cosj2 : hệ số công suất cuộn sơ cấp thứ cấp (Hiệu suất máy biến áp thường cao 95% ) 2 .Truyền tải điện năng: Ø Cơng suất hao phí đường dây tải điện: Php = PPhát... cấp Lúc đầu tỉ số điện áp 0,43 Sau quấn thêm vào cuộn thứ cấp 24 vịng dây tỉ số điện áp 0,45 Bỏ qua hao phí máy biến áp Để máy biến áp dự định, học sinh phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp... dây tải điện Ø Hiệu suất tải điện: Với: % : Công suất truyền : Công suất nhận nơi tiêu thụ : Cơng suất hao phí - Phần trăm công suất bị mát đường dây tải điện: đv: % II.Bài tập : MÁY BIẾN ÁP