Máy biến áp - Sự truyền tải điện năng


	Máy biến áp - Sự truyền tải điện năng I. MÁY BIẾN ÁP 1. Khái niệm Hình 1 < tu ve di cung> image003.gif- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) và không làm thay đổi tần số của nó. 2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động a. Cấu tạo: - Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vòng và cuộn thứ cấp có N2 vòng. Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fu-cô và tăng cường từ thông qua mạch. Hình 2 image005.gif- Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại. - Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện. - Trong thực thế thì máy biến áp có dạng như hình 1, còn trong việc biểu diễn sơ đồ máy biến áp thì có dạng như hình 2 b. Nguyên tắc hoạt động: - Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến thiên từ thông trong hai cuộn. Gọi từ thông này là: φ = φ0cosωt - Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là : φ1 = N1φ0cosωt và φ2 = N2φ0cosωt - Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức image008.gif Từ đó ta thấy nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. 3. Khảo sát máy biến áp Gọi N1. N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp. Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp. Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp. Trong khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng: image010.gif Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là: image012.gif Suất điện động trên cuộn thứ cấp: image014.gif => Tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương ứng image016.gif Tỉ số image018.gif không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta được image020.gif, (1) Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên image022.gif, khi mạch thứ cấp hở nên image024.gif, (2) Từ (1) và (2) ta được image026.gif, () • Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi là máy tăng áp. • Nếu N2 < N1 => U2 < U1 : gọi là máy hạ áp. Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi như công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp như nhau. image028.gif, () Từ () và (*) ta có image030.gif Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm bấy nhiêu lần và ngược lại. Chú ý : Công thức () luôn được áp dụng cho máy biến áp còn công thức (*) chỉ được áp dụng khi hao phí không đáng kể hoặc hai đầu cuộn thứ cấp để hở. 4. Truyền tải điện năng đi xa Điện năng sản xuất được truyền tải đến nơi tiêu thụ trên đường dây dẫn dài hàng trăm km. Công suất cần truyền tải: image032.gif, (1) Trong đó : P là công suất cần truyền đi, U là điện áp tại nơi truyền đi, I là cường độ dòng điện trên dây dẫn truyền tải, cosφ là hệ số công suất. Từ (1) => image034.gif Theo hiệu ứng nhiệt Jun- Lenxơ công suất hao phí ΔP dưới dạng tỏa nhiệt vào khí quyển ta có image036.gif với R là điện trở đường dây Vậy công suât tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng đi xa là image038.gif Để khi đến nơi sử dụng thì mục tiêu là làm sao để giảm tải công suất tỏa nhiệt ΔP để phần lớn điện năng được sử dụng hữu ích. Có hai phương án giảm ΔP • Phương án 1 : Giảm R. Do image040.gif nên để giảm R thì cần phải tăng tiết diện S của dây dẫn. Phương án này không khả thi do tốn kém kinh tế. • Phương án 2 : Tăng U. Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước khi truyền tải đi thì công suất tỏa nhiệt trên đường dây sẽ được hạn chế. Phương án này khả thi hơn vì không tốn kém, và thường được sử dụng trong thực tế. Chú ý : - Công thức tính điện trở của dây dẫn image040.gif. Trong đó p(Ω.m) là điện trở suất của dây dẫn, ℓ là chiều dài dây, S là tiết diện của dây dẫn. - Công suất tỏa nhiệt cũng chính là công suất hao phí trên đường dây, phần công suất hữu ích sử dụng được là image042.gif Từ đó hiệu suất của quá trình truyền tải là image044.gif - Sơ đồ truyền tải điện năng từ A đến B : Tại A sử dụng máy tăng áp để tăng điện áp cần truyền đi. Đến B sử dụng máy hạ áp để làm giảm điện áp xuống phù hợp với nơi cần sử dụng (thường là 220V). khi đóđộ giảm điện áp : image046.gif, với U2A là điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp tại A, còn U1B là điện áp ở đầu vào cuộn sơ cấp của máy biến áp tại B. - Quãng đường truyền tải điện năng đi xa so với nguồn một khoảng là d thì chiều dài dây là ℓ = 2d. 5. Các ví dụ điển hình Ví dụ 1 : Một máy biến áp có tỉ số vòng dây image048.gif, hiệu suất 96% nhận một công suất 10(kW) ở cuộn sơ cấp và hiệu thế ở hai đầu sơ cấp là 1(kV), hệ số công suất của mạch thứ cấp là 0,8, thì cường độ dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp có giá trị là bao nhiêu ? * Hướng dẫn giải: Gọi P1 là công suất của cuộn sơ cấp, P2 là công suất ở cuộn thứ cấp của máy biến áp Theo bài ta có image050.gif Do với máy biến áp ta luôn có image052.gif Từ đó image054.gif Vậy cường độ dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của máy biến áp là 60A Ví dụ 2: Người ta cần tải 1 công suất 5 MW từ nhà máy điện đến một nơi tiêu thụ cách nhau 5 km. Hiệu điện thế cuộn thứ cấp máy tăng thế là U = 100 kV, độ giảm thế trên đường dây không quá 1% U. Điện trở suất các dây tải là 1,7. 10-8m. Tiết diện dây dẫn phải thỏa điều kiện nào? * Hướng dẫn giải: Ta có d = 5 km => ℓ = 10 km = 10000 (m) Độ giảm điện thế: image056.gif Mà image058.gif Thay số ta được: image060.gif Ví dụ 3: Người ta cần truyền một công suất điện một pha 10000kW dưới một hiệu điện thế hiệu dụng 50kV đi xa. Mạch điện có hệ số công suất cosφ = 0,8. Muốn cho tỷ lệ năng lượng mất trên đường dây không quá 10% thì điện trở của đường dây phải có giá trị như thế nào? * Hướng dẫn giải: Công suất hao phí khi truyền là image038.gif Theo bài thì image062.gif Thay số ta được image064.gif BÀI TẬP LUYỆN TẬP Bài 1: Người ta cần tải đi một công suất 1MW từ nhà máy điện về nơi tiêu thụ. Dùng 2 công tơ điện đặt ở biến áp tăng thế và ở đầu nơi tiêu thụ thì thấy số chỉ của chúng chênh lệch mỗi ngày đêm 216Kw.h. Tỷ lệ hao phí do chuyển tải điện năng là bao nhiêu? Bài 2: Người ta cần chuyển tải điện năng từ máy hạ thế có hiệu điện thế đầu ra 220V đến 1 hộ gia đình cách nhau 1km. Công suất nơi tiêu thụ là 10KW và yêu cầu độ giảm thế đường dây không qua 20 (V). Điện trở suất dây tải là 2,8.10-8m và tải tiêu thụ thuần trở. Tiết diện dây dẫn phải thỏa điều kiện gi? Bài 3: Ta cần truyền một công suất điện 1MW dưới một hiệu điện thế hiệu dụng 10 kV đi xa bằng đường dây một pha. Mạch có hệ số công suất k = 0,8. Muốn cho tỉ lệ hao phí trên đường dây không quá 10% thì điện trở của đường dây phải có giá trị là bao nhiêu? Bài 4: Một máy biến áp có cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 100 vòng. Điện áp và cường độ dòng điện ở mạch sơ cấp là 120V, 0,8A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu? Bài 5: Công suất hao phí dọc đường dây tải có điện áp 500kV, khi truyền đi một công suất điện 12000kW theo một đường dây có điện trở 10 là bao nhiêu? Bài 6: Một máy biến thế 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 bao nhiêu?


	Nguyên Tắc Hoạt Động Của Máy Biến Áp - Máy Biến Thế Máy biến thế ( máy biến áp ) hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lí: Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường) Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện) Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp, và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt. Khi NP, UP, IP, ΦP và NS, US, IS, ΦS là số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện và từ thông trong mạch điện sơ cấp và thứ cấp (primary và secondary) thì theo Định luật Faraday ta có: {U_P} = {N_P} \frac {d \Phi_P}{dt} và {U_S} = {N_S} \frac {d \Phi_S}{dt} Nếu ΦS = ΦP thì \frac{U_P}{U_S}=\frac{N_P}{N_S}, ngoài ra \frac{I_P}{I_S}=\frac{N_S}{N_P} Như vậy \frac{U_P}{U_S}=\frac{N_P}{N_S}=\frac{I_S}{I_P} (máy biến thế lí tưởng). Ví dụ, 1 máy biến thế có công suất 400 W, tỉ lệ biến thế 80:5 Phía sơ cấp 80 V, 5 A, 160 vòng Phía thứ cấp 5 V, 80 A, 10 vòng mo hinh may bien the, may bien ap Từ thông cảm ứng trong lõi thép máy biến thế Mô hình máy biến thế - máy biến áp Từ thông cảm ứng trong lõi thép máy biến thế Phân Loại Máy Biến Thế - Máy Biến Áp Máy biến thế có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào: Cấu tạo Chức năng Cách thức cách điện Công suất hay hiệu điện thế Kí hiệu trong mạch điện Máy biến thế với 2 cuộn dây và 1 lõi sắt. Máy biến thế với 3 cuộn dây và 1 lõi sắt. Máy tăng thế hoặc hạ thế. Máy biến thế có thiết bị chống lại ảnh hưởng trường điện từ.

» Vào báo số điện thoại nào mọi người ơi
» Ai giúp làm bài tập mạch điện này với
» Điện thoại di động có thể tăng giá
» [b]cập nhập số điện thoại mới đi mọi người ơi[/b]
» Thông tin chi tiết về địa chỉ và số điện thoại của các thành viên

Máy biến áp - Sự truyền tải điện năng

Máy biến áp - Sự truyền tải điện năng

Similar topics

Similar topics