Đang tải... (xem toàn văn)
Truyền tải điện năng – Máy biến áp Người đăng: Snowhite Snowflakes Ngày: 31072017 Bài viết này gồm hai phần: Phần lý thuyết và Phần hướng dẫn giải bài tập Bài 16: Truyền tải điện năng Máy biến áp. Tech12h hi vọng giúp các em học tập tốt hơn Giải bài 16 vật lí 12: Truyền tải điện năng – Máy biến áp A. Lý thuyết I. Truyền tải điện năng Công suất phát được tính theo công thức: Pphát = Uphát.I Trong đó: Pphát: công suất phát (W). Uphát: điện áp hiệu dụng ở hai cực của máy phát (V). I: cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây (A). Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây: Php = r.I2 = r. P2phátU2phát Trong đó: r là điện trở tổng cộng của đường dây điện. Nhận xét: Pphát hoàn toàn xác định, nên muốn giảm Php trên đường dây thì ta phải giảm điện trở của dây hoặc tăng Uphát. Khi giảm điện trở r của dây dẫn ta lại dẫn đến những hạn chế khác như chi phí đường dây tăng. Vậy cách tối ưu để giảm hao phí trên đường dây là tăng Uphát nói cách khác, ta cần có những thiết bị biến đổi điện áp. II. Máy biến áp Máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều. Cấu tạo: Máy biến áp gồm hai phần chính: Lõi biến áp: được làm từ sắt non pha silic; Hai cuộn dây: có điện trở nhỏ và cách vòng dây được Cuộn sơ cấp: được nối với nguồn, có số vòng dây N1; Cuộn thứ cấp: được nối với tải hoặc để hở, có số vòng dây là N2. Bài 16: Truyền tải điện năng – Máy biến áp Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ: Nguồn phát điện tạo ra một dòng điện xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp gây ra biến thiên từ thông trong hai cuộn. Khi cuộn sơ cấp có sự biến thiên từ thông thì suất hiện một dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp. Từ thông qua mỗi vòng dây của cả hai cuộn là: Φ=Φ0.cosω.t. Từ thông qua mỗi cuộn dây là: Cuộn N1: Φ1=N1.Φ0.cosω.t Cuộn N2: Φ2=N2.Φ0.cosω.t Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn thứ cấp là: e2 = −dΦ2dt = N2. ω.Φ0.sinω.t. Khi hai đầu cuộn thứ cấp để hở: I2 = 0; Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp luôn luôn bằng tỉ số các vòng dây của hai cuộn đó: U2U1=N2N1. Nếu N2N1 > 1: máy tăng áp; Nếu N2N1 < 1: máy hạ áp. Đối với máy biến áp ở chế độ không tải thì nó hầu như không tiêu thụ điện năng. Khi hai đầu cuộn thứ cấp được nối với tải: I2 khác 0; U2U1=I1I2. Kết luận: Đối với máy biến áp lí tưởng: Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp bằng tỉ số N2N1; Tỉ số các cường độ hiện dụng ở mạch thứ cấp và mạch sơ cấp bằng nghịch đảo tỉ số N2N1. B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1: SGK vật lí 12 trang 91 Máy biến áp là gì? Nêu cấu tạo và nguyên tắc làm việc của máy biến áp. => Xem hướng dẫn giải Câu 2: SGK vật lí 12 trang 91 Máy biến áp lí tưởng làm việc bình thường có tỉ số N2N1 bằng 3, khi (U1, I1) = (360 V, 6 A), thì (U2, I2) bằng bao nhiêu? A. (1080 V, 18 A); B. (120 v, 2A); C. (1080 V, 2 A); D. (120 V, 18 A). => Xem hướng dẫn giải Câu 3: SGK vật lí 12 trang 91 Máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm 2 000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 100 vòng; điện áp và cường độ dòng điện ở mạch sơ cấp là 120 V, 0,8 A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu ? A. 6 V, 96 W. B. 240 V, 96 W. C. 6 V, 4,8 W. D. 120 V, 4,8 W => Xem hướng dẫn giải Câu 4: SGK vật lí 12 trang 91: Một máy biến áp lý tưởng có hai cuộn dây lần lượt có 10 000 vòng và 200 vòng. a. Muốn tăng áp thì cuộn nào là cuộn sơ cấp ? Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng 220 V thì điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp bằng bao nhiêu ? b. Cuộn nào có tiết diện dây lớn hơn ? => Xem hướng dẫn giải Câu 5: SGK vật lí 12 trang 91: Máy biến áp lí tưởng cung cấp một dòng điện 30 A dưới một điện áp hiệu dụng 220 V. Điện áp hiệu dụng 220 V. Điện áp hiệu dụng ở cuộn sơ cấp là 5 kV. a. Tính công suất tiêu thụ ở cửa vào và ở cửa ra của biến áp. b. Tính cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp. => Xem hướng dẫn giải Câu 6: SGK vật lí 12 trang 91 Một máy biến áp lí tưởng cung cấp một công suất 4 kW dưới một điện áp hiệu dụng 110 V. Biến áp đó nối với đường dây tải điện có điện trở tổng là 2 Ω. a. Tính cường độ hiệu dụng trên đường dây tải điện. b. Tính độ sụt thế trên đường dây tải điện. c. Tính điện áp hiệu dụng ở cuối đường dây tải điện. d. Xác định công suất tổn hao trên đường dây đó. e. Thay biến áp trên đây bằng một biến áp có cùng công suất nhưng điện áp hiệu dụng ở cửa ra là 220 V. Tính toán lại các đại lượng nêu ra ở bốn câu hỏi trên. => Xem hướng dẫn giải
Truyền tải điện Máy biến áp Người đăng: Snowhite Snowflakes - Ngày: 31/07/2017 Bài viết gồm hai phần: Phần lý thuyết Phần hướng dẫn giải tập Bài 16: Truyền tải điện Máy biến áp Tech12h hi vọng giúp em học tập tốt hơn! A Lý thuyết I Truyền tải điện Công suất phát tính theo cơng thức: Pphát = Uphát.I Trong đó: • Pphát: công suất phát (W) • Uphát: điện áp hiệu dụng hai cực máy phát (V) • I: cường độ dòng điện hiệu dụng đường dây (A) Cơng suất hao phí tỏa nhiệt đường dây: Php = r.I2 = r P2phátU2phát Trong đó: r điện trở tổng cộng đường dây điện Nhận xét: Pphát hoàn toàn xác định, nên muốn giảm Php đường dây ta phải giảm điện trở dây tăng Uphát Khi giảm điện trở r dây dẫn ta lại dẫn đến hạn chế khác chi phí đường dây tăng Vậy cách tối ưu để giảm hao phí đường dây tăng U phát nói cách khác, ta cần có thiết bị biến đổi điện áp II Máy biến áp Máy biến áp thiết bị có khả biến đổi điện áp xoay chiều Cấu tạo: Máy biến áp gồm hai phần chính: Lõi biến áp: làm từ sắt non pha silic; Hai cuộn dây: có điện trở nhỏ cách vòng dây o Cuộn sơ cấp: nối với nguồn, có số vòng dây N1; o Cuộn thứ cấp: nối với tải để hở, có số vòng dây N2 Ngun tắc hoạt động: dựa vào tượng cảm ứng điện từ: Nguồn phát điện tạo dòng điện xoay chiều tần số f hai đầu cuộn sơ cấp gây biến thiên từ thông hai cuộn Khi cuộn sơ cấp có biến thiên từ thơng suất dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp Từ thơng qua vòng dây hai cuộn là: Φ=Φ0.cosω.t Từ thông qua cuộn dây là: Cuộn N1: Φ1=N1.Φ0.cosω.t Cuộn N2: Φ2=N2.Φ0.cosω.t Suất điện động cảm ứng xuất cuộn thứ cấp là: e2 = −dΦ2dt = N2 ω.Φ0.sinω.t Khi hai đầu cuộn thứ cấp để hở: • I2 = 0; • Tỉ số điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp sơ cấp ln ln tỉ số vòng dây hai cuộn đó: U2U1=N2N1 • Nếu N2N1 > 1: máy tăng áp; • Nếu N2N1 < 1: máy hạ áp • Đối với máy biến áp chế độ không tải khơng tiêu thụ điện Khi hai đầu cuộn thứ cấp nối với tải: • I2 khác 0; • U2U1=I1I2 Kết luận: Đối với máy biến áp lí tưởng: Tỉ số điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp cuộn sơ cấp tỉ số N 2/N1; Tỉ số cường độ dụng mạch thứ cấp mạch sơ cấp nghịch đảo tỉ số N 2/N1 B BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1: SGK vật lí 12 trang 91 Máy biến áp gì? Nêu cấu tạo nguyên tắc làm việc máy biến áp => Xem hướng dẫn giải Câu 2: SGK vật lí 12 trang 91 Máy biến áp lí tưởng làm việc bình thường có tỉ số N2/N1 3, (U1, I1) = (360 V, A), (U2, I2) bao nhiêu? A (1080 V, 18 A); B (120 v, 2A); C (1080 V, A); D (120 V, 18 A) => Xem hướng dẫn giải Câu 3: SGK vật lí 12 trang 91 Máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm 000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 100 vòng; điện áp cường độ dòng điện mạch sơ cấp 120 V, 0,8 A Điện áp công suất cuộn thứ cấp ? A V, 96 W B 240 V, 96 W C V, 4,8 W D 120 V, 4,8 W => Xem hướng dẫn giải Câu 4: SGK vật lí 12 trang 91: Một máy biến áp lý tưởng có hai cuộn dây có 10 000 vòng 200 vòng a Muốn tăng áp cuộn cuộn sơ cấp ? Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng 220 V điện áp hiệu dụng cuộn thứ cấp ? b Cuộn có tiết diện dây lớn ? => Xem hướng dẫn giải Câu 5: SGK vật lí 12 trang 91: Máy biến áp lí tưởng cung cấp dòng điện 30 A điện áp hiệu dụng 220 V Điện áp hiệu dụng 220 V Điện áp hiệu dụng cuộn sơ cấp kV a Tính cơng suất tiêu thụ cửa vào cửa biến áp b Tính cường độ hiệu dụng cuộn sơ cấp => Xem hướng dẫn giải Câu 6: SGK vật lí 12 trang 91 Một máy biến áp lí tưởng cung cấp cơng suất kW điện áp hiệu dụng 110 V Biến áp nối với đường dây tải điện có điện trở tổng Ω a Tính cường độ hiệu dụng đường dây tải điện b Tính độ sụt đường dây tải điện c Tính điện áp hiệu dụng cuối đường dây tải điện d Xác định công suất tổn hao đường dây e Thay biến áp biến áp có cơng suất điện áp hiệu dụng cửa 220 V Tính tốn lại đại lượng nêu bốn câu hỏi => Xem hướng dẫn giải ... máy biến áp lí tưởng cung cấp cơng suất kW điện áp hiệu dụng 110 V Biến áp nối với đường dây tải điện có điện trở tổng Ω a Tính cường độ hiệu dụng đường dây tải điện b Tính độ sụt đường dây tải. .. 12 trang 91: Máy biến áp lí tưởng cung cấp dòng điện 30 A điện áp hiệu dụng 220 V Điện áp hiệu dụng 220 V Điện áp hiệu dụng cuộn sơ cấp kV a Tính cơng suất tiêu thụ cửa vào cửa biến áp b Tính cường... áp II Máy biến áp Máy biến áp thiết bị có khả biến đổi điện áp xoay chiều Cấu tạo: Máy biến áp gồm hai phần chính: Lõi biến áp: làm từ sắt non pha silic; Hai cuộn dây: có điện trở nhỏ cách vòng