Máy biến thế: Bài 18 và giải pháp tải điện đi xa hiệu quả

B(cid:224)i 18 : MÆy biến thế v(cid:224) tải điện đi xa

A. Trả lời c(cid:226)u hỏi k(cid:236) trước

B. 1/ Chứng minh Id = 3Ip

+ Ta chœ (cid:253) rằng: MÆy phÆt ba pha l(cid:224) tổng hợp của 3 mÆy phÆt 1 pha trong đ(cid:243) mỗi cuộn d(cid:226)y c(cid:243)

một điểm đầu v(cid:224) một điểm cuối xÆc định. Nếu mắc mỗi pha với một mạch ngo(cid:224)i riŒng rẽ th(cid:236) ta

được 3 mạch một pha ph(cid:226)n biệt. A I1 + Nếu tại một thời điểm n(cid:224)o đ(cid:243) d(cid:242)ng điện phÆt ra

ở A c(cid:243) giÆ trị i1 th(cid:236) khi đ(cid:243) d(cid:242)ng điện đi ra từ B v(cid:224) C Y x sẽ lệch pha với i1 l(cid:224) 2 Π / 3

+ Ở mạch tiŒu thụ: Z Khi d(cid:242)ng điện i1 đi v(cid:224)o A, ra X C

(cid:236) d(cid:242)ng điện i2 đi v(cid:224)o B, ra Y i D(cid:242)ng điện i3 đi v(cid:224)o C, ra Z A Z I3 D(cid:226)y pha I1 Nếu mắc tam giÆc th(cid:236) A sẽ được nối với Z,

khi đ(cid:243) dễ thấy id(cid:226)y +i3 = i1 hay id(cid:226)y = i1 (cid:150) i3.

/ 3Π .

"! 3I

! dayI

CÆch mắc tam giÆc chỉ døng khi tiŒu thụ điện C B ⇒ I1 = I3 v(cid:224) cÆc d(cid:242)ng điện lệch pha nhau 2 y I2

"! "! ( I3 I = + − 1

Từ c(cid:244)ng thức

)

2P/3

v(cid:224) -

"! 1I

/3π ⇒

đều. ⇒ dI = 2OH =

I d(cid:226)y

l(cid:224) ta dễ d(cid:224)ng "! chứng minh được g(cid:243)c xen giữa cÆc vØctơ 1I "! "! 3I 1OI∆ - 3I H

Thầy giÆo Đỗ Lệnh Điện ường PTTH H(cid:224) Nội (cid:150) Amsterdam. M(cid:244)n Vật L(cid:253) Tr

"""! 3I−

Ip⇔ = dI

2 . 1I .

3 2

2/ KhÆi niệm d(cid:226)y trung ho(cid:224) hay d(cid:226)y (cid:147)mÆt(cid:148):

Như chœng ta đª biết: Trong thực tế, người ta thường sản xuất d(cid:242)ng 3 pha v(cid:224) ở mạch tiŒu thụ

người ta mắc mạch 3 pha theo h(cid:236)nh sao, do đ(cid:243) ở mạch điện thực tế lu(cid:244)n c(cid:243) d(cid:226)y trung ho(cid:224) m(cid:224)

d(cid:226)n gian thường gọi l(cid:224) d(cid:226)y (cid:147)mÆt(cid:148)

B.B(cid:224)i giảng: MÆy biến thế v(cid:224) vấn đề tải điện đi xa

I/ MÆy biến thế.

1) NguyŒn tắc: sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ.

- 2 cuộn d(cid:226)y c(cid:243) số v(cid:242)ng khÆc nhau. CÆc cuộn d(cid:226)y c(cid:243) R rất nhỏ v(cid:224) hệ số tự cảm L

+ Cấu tạo: - Lıi sắt ghØp bởi nhiều lÆ cÆch điện

lớn.

e 1

= −

+ Hoạt động: Đặt v(cid:224)o cuộn sơ cấp: u1 ⇒ từ th(cid:244)ng biến thiŒn l(cid:224)m xuất hiện suất điện động cảm

d φ dt

ứng Nhờ c(cid:243) lıi sắt, từ th(cid:244)ng được truyền to(cid:224)n vẹn sang cuộn 2 ⇒ cuộn 2 xuất

e 2 N =−

N N

d φ dt

e 1 e 2

. Vậy . Nếu bỏ qua cÆc điện trở (như cấu tạo của biến thế đª nŒu) hiện

e N 1 1 ≈ = e N 2 2

U N 1 U N 2

1 ⇒ = 2

th(cid:236) u MÆy đª l(cid:224)m thay đổi hiệu điện thế từ cuộn 1 sang cuộn 2 , v(cid:236) vậy

được gọi l(cid:224) mÆy biến thế.

2/ Đặc điểm của mÆy biến thế:

+ Tần số d(cid:242)ng điện ở 2 cuộn d(cid:226)y bằng nhau: f1 = F2

U 1 U

Z 1 Z

N 1 N 2

N 2 N 1

+ Nếu kh(cid:244)ng c(cid:243) hao ph(cid:237): v(cid:224)

Nếu c(cid:243) hao ph(cid:237) th(cid:236) ta phải t(cid:236)m hiệu điện thế c(cid:243) (cid:237)ch bằng cÆch trừ đi phần hao ph(cid:237). Khi đ(cid:243) chỉ

hiệu điện thế c(cid:243) (cid:237)ch được được biến đổi qua biến thế.

V(cid:237) dụ 1: Một mÆy biến thế døng để hạ thế từ 220 v xuống 60v. Để đo số v(cid:242)ng của cÆc cuộn

d(cid:226)y, người ta quấn thŒm v(cid:224)o lıi sắt 30 v(cid:242)ng d(cid:226)y v(cid:224) đo được ở đ(cid:243) hiệu điện thế U3 = 4v.

a) Coi biến thế l(cid:224) l(cid:253) tưởng. T(cid:236)nh số v(cid:242)ng của cÆc cuộn d(cid:226)y.

M(cid:244)n Vật L(cid:253) Thầy giÆo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH H(cid:224) Nội (cid:150) Amsterdam.

b) Trường hợp biến thế kh(cid:244)ng l(cid:253) tưởng, đặt v(cid:224)o cuộn sơ cấp U1 =220v. hªy t(cid:237)nh hi

thế lấy ra ở cuộn thứ cấp lœc mạch hở trong hai trường hợp sau:

1. Cuộn sơ cấp c(cid:243) L=1H; điện trở R =300 Ω

2. Cuộn sơ cấp c(cid:243) L= 1H, điện trở R= 50 Ω

Biết f= 50 HZ. Bỏ qua hao ph(cid:237) ở lıi sắt,

N1 N1 N2

Giải

• ~ •

N3 V a) T(cid:237)nh số v(cid:242)ng d(cid:226)y.

30.

1650

= ⇔ =

Khi quấn thŒm cuộn d(cid:226)y N3 = 30 v(cid:242)ng th(cid:236) cuộn 1 l(cid:224) cuộn sơ cấp, cuộn 3 l(cid:224) cuộn thứ cấp ⇒

N N 3

220 4

U N 1 U N 3

U 1 U 3

1650.

450

= ⇔ =

v(cid:242)ng

. N N 1

60 220

U N 1 U N 2

U 1 U 2

+ Từ v(cid:242)ng

b) T(cid:237)nh U2 ở cuộn d(cid:226)y thứ cấp

Khi cuộn sơ cấp c(cid:243) điện trở th(cid:236) một phần hiệu điện thế bị hao ph(cid:237) trŒn điện trở R, phần biến

= ⇔ =

U U 2

U U

N 1 N 2

N 2 N 1

đối qua biến thế chỉ l(cid:224) hiệu điện thế cảm khÆng ZL.

1. Cuộn sơ cấp c(cid:243) L=1H ; R= 300 Ω:

300

314

434,3

≈

Ω

Z 1

Z .

.314 159 v ≈

I 1

220 434,3

L U 1 Z 1

Ω

v 43,4

Cảm khÆng ZL = L 2πf = 1.2.3,14.50 = 314 Ω • N1 • U2 U1 • ~ •

2 159. =

450 1650

60=

Như vậy nếu cuộn sơ cấp ⇒ Hiệu điện thế lấy ra ở cuộn thứ cấp

kh(cid:244)ng c(cid:243) điện trở th(cid:236) U ; khi cuộn sơ cấp c(cid:243) R =300 Ω th(cid:236) hiệu điện thế lấy ra

chỉ c(cid:242)n 43,4 v

2. Cuộn sơ cấp c(cid:243) L = 1H; R= 50

M(cid:244)n Vật L(cid:253) Thầy giÆo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH H(cid:224) Nội (cid:150) Amsterdam.

314

318

≈

Ω

.314 217, 2 ≈

U 1 Z

220 318

217, 2.

59, 2

≈

U U = 2

N 1 N

450 1650

ở cuộn thứ cấp

Như vậy khi cuộn sơ cấp c(cid:243) R<< ZL th(cid:236) hao ph(cid:237) sẽ kh(cid:244)ng đÆng kể v(cid:224) hiệu điện thế lấy ra ở

cuộn thứ cấp gần giống như trường hợp kh(cid:244)ng c(cid:243) hao ph(cid:237).

V(cid:237) Dụ 2

Người ta định quấn một mÆy hạ thế m(cid:224) cuộn sơ cấp gồm 2640 v(cid:242)ng mắc v(cid:224)o hiệu điện thế 220V . Cuộn thứ cấp dự định lấy ra cÆc hiệu điện thế 12 V 24V v(cid:224) 36 V.

a) Bỏ qua hao ph(cid:237) ở biến thế. T(cid:237)nh số v(cid:242)ng tối thiểu của cuộn thứ cấp, vẽ sơ đồ tương

ứng.

b) Do cuộn sơ cấp c(cid:243) điện trở, khi đặt v(cid:224)o cuộn sơ cấp U1 = 220 V th(cid:236) hiệu điện thế lớn

nhất lấy ra ở cuộn thứ cấp l(cid:224) U2 = 35 V . T(cid:237)nh tỷ số giữa hiệu điện trở R v(cid:224) cảm khÆng ZL

ở cuộn sơ cấp.

Giải :

a) T(cid:237)nh số v(cid:242)ng cuộn thứ cấp: •

2640.

432

= ⇒ =

N N 1

36 220

U N 1 U N 2

U 2 U 1

~ Từ v(cid:242)ng U1 •

2640.

288

N 1

24 220

U U

0 1 2

2640.

144

N 1

12 220

U U

Tương tự v(cid:242)ng

Như vậy để lấy ra được hiệu điện thế 12 V 24V v(cid:224) 36 V th(cid:236)

cuộn thứ cấp phải quấn tối thiểu 432 v(cid:242)ng. V(cid:242)ng thứ 288 lấy ra thức chốt 1, v(cid:242)ng 432 lấy ra chốt 2. Như vậy U02 = 36 V

U01 =24V v(cid:224) U12 = 12 V

* Đặc biệt, c(cid:243) thể ghØp 2 cuộn sơ cấp v(cid:224) thứ cấp l(cid:224)m 1 th(cid:236) ta chỉ cần quấn 1 cuộn d(cid:226)y 2640

v(cid:242)ng.V(cid:242)ng thứ 288 vẫn lấy ra chốt 1, v(cid:242)ng 432 lấy ra chốt 2 v(cid:224) v(cid:242)ng thứ 2640 lấy ra chốt 3. Đặt v(cid:224)o 2 chốt 0,3 hiệu điện thế 220 V th(cid:236) ta cũng đạt được kết

quả tương tự phần trŒn. Lœc n(cid:224)y biến thế được gọi l(cid:224) biến thế tự ngẫu.

M(cid:244)n Vật L(cid:253) Thầy giÆo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH H(cid:224) Nội (cid:150) Amsterdam.

0 1 2

b)T(cid:237)nh tỷ số R/ZL:

+ Theo lập luận ở b(cid:224)i trước, khi cuộn sơ cấp c(cid:243) điện trở th(cid:236)

U U

N 1 N

.35 207,4

= ⇒ =

≈

U KU 2

2640 160 27 432

160 27

với

220

U Z

2 R Z +

220

207,4

U IZ

⇒

= ⇒ L

2 R Z +

0,35

1 − ≈

207,4 220

220 207,4

Z 2 2 R ZL +

  

2   

R ⇒ = Z L

  

  

  

2   

2 R ⇒ + = 2 Z L

1 2 R Z

207,4 220

  

2   

+ Ở mạch sơ cấp :

II/ Tải điện đi xa:

Trong thực tế, cÆc nh(cid:224) mÆy điện thường được đặt ở nơi c(cid:243) sẵn nguồn năng lượng sau đ(cid:243) điện

P I R

∆ =

năng được sản xuất ra lại được tải đi xa theo đường d(cid:226)y đến nơi tiŒu thụ. Khi tải đi xa lu(cid:244)n c(cid:243)

2 P U

hao ph(cid:237) do toả nhiệt trŒn đường d(cid:226)y

Để l(cid:224)m giảm hao ph(cid:237) : phải l(cid:224)m giảm R v(cid:224) tăng U.

V(cid:237) dụ 3:

Người ta tải đi xa 60.000 Kw bằng đường d(cid:226)y sao cho hao ph(cid:237) kh(cid:244)ng quÆ 10% trong 2 trường

hợp.

a) Hiệu điện thế tải đi l(cid:224) 240 V b) Hiệu điện thế tải đi l(cid:224) 120 V+

M(cid:244)n Vật L(cid:253) Thầy giÆo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH H(cid:224) Nội (cid:150) Amsterdam.

Giải:

P ∆ =

≤

R ⇔ ≤

P = 60.000 Kw =6.10 7 w, L =150 Km = 15.104 m, hao ph(cid:237) ∆P ≤ 10% P ≤ 6.106 w

10 100

1 10

2 P U

U P

≤

s ⇒ ≥

* Từ

l s

1 10

.10l 2 U

U P a) U =220V

8 −

2 m

≥

* R ρ

7 1,6.10 .15.10 .10.6.10 2 240 2 m

min 25 =

⇒

Đ(cid:226)y l(cid:224) kết quả v(cid:244) l(cid:253) m(cid:224) thực tế kh(cid:244)ng thể l(cid:224)m được một đường d(cid:226)y c(cid:243) tiết diện lớn như vậy.

Sở dĩ c(cid:243) kết quả kh(cid:244)ng thực tế như vậy l(cid:224) v(cid:236) ta đª đặt ra một điều kiện kh(cid:244)ng thực tế l(cid:224) tải điện đi xa bằng hiệu điện thế thấp 240V . Vậy kh(cid:244)ng thể tải điện đi xa bằng hiệu điện thế thấp.

7 1,6.10 .15,10 .10.6.10

4 − 10

2 m

2 1 cm=

≥

24 )

2 cm

b) U = 120KV = 12.104 V