Bài giảng Vật lý Lớp 12 - Bài 16: Truyền tải điện năng và máy biến áp

Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa làm thế nào để giảm được hao phí điện năngBài 16: TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG MÁY BIẾN ÁPI.BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XAII.MÁY BIẾN ÁP 1.Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp 2.Khảo sát thực nghiệm một máy biến ápIII.ỨNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.Truyền tải điện năng 2.Nấu chảy kim loại, hàn điệnI.Bài toán truyền tải điện năng đi xa:Công suất phát từ nhà máy: Pphát=Uphát ICông suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây:Php=I2r = rCông suất hao phí phụ thuộc vào r và Muốn giảm Php ta phải giảm r (không thực tế) hoặc tăng Uphát(hiệu quả) Biện pháp giảm hao phí:-Giảm r có những hạn chế vì r = nên để giảm ta phải dùng các loại dây có điện trở suất nhỏ như bạc,dây siêu dẫn,..với giá thành cao hoặc tăng tiết diện S thì tốn kim loại và phải xây cột điện tốn kém, không kinh tế-Tăng U có hiệu quả :tăng U lên n lần thì Php giảm n2 lầnNhà máy điệnNơi tiêu thụ Kết luận:Khi truyền tải điện năng phải sử dụng thiết bị biến đổi điện áp.Trước khi tải đi phải tăng điện áp, đến nơi sử dụng phải giảm điện áp.II. MÁY BIẾN ÁPKhái niệm: Máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều).1.Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp* Cấu tạo:Bộ phận chính của máy biến áp là một khung bằng sắt non có pha silic gọi là lõi biến áp (thường là hình chữ nhật) và hai cuộn dây dẫn có điện trở nhỏ và độ tự cảm lớn quấn trên hai cạnh đối diện của khung.- Cuộn dây D1 có N1 vòng nối vào nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp , cuộn dây D2 có N2 vòng nối vào các cơ sở tiêu thụ điện gọi là cuộn thứ cấp.*Nguyên tắc hoạt động:Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.Khi làm việc trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện xoay chiều cùng tần số với dòng diện sơ cấp. Vì hầu như mọi đường sức từ do dòng điện sơ cấp gây ra đều đi qua cuộn thứ cấp, nói cách khác từ thông qua mỗi vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là như nhau. Do đó tần số của cuộn sơ cấp phải bằng với tần số của cuộn thứ cấp.Tại sao các điện áp ở hai cuộn sơ cấp và thứ cấp có cùng tần số?2. Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp 	 - Cuộn thứ cấp hở mạch (Chế độ không tải, I2 =0)	- Cuộn thứ cấp nối với cơ sở tiêu thụ (Chế độ có tải, I2 0). =Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp luôn luôn bằng tỉ số các số vòng dây của hai cuộn đó.+ Nếu N2>N1 thì U2>U1 : Máy tăng áp.+Nếu N2<N1 thì U2<U1 : Máy hạ áp.*Máy biến áp ở chế độ không tải hầu như không tiêu thụ điện năng.Nếu hao phí điện năng trong máy biến áp không đáng kể (máy biến áp làm việc trpong điều kiện lí tưởng) thì công suất của dòng điện trong mạch sơ cấp và trong mạch thứ cấp có thể coi là bằng nhau: I1.U1=I2.U2Do đó : = =Trường hợp nào gọi là máy tăng áp/máy hạ áp?III.ỨNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP:1. Truyền tải điện năng đi xa:- Thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều đến các giá trị thích hợp-Sử dụng trong việc truyền tải điện năng để giảm hao phí ở đường dây truyền tải 2.Nấu chảy kim loại,hàn điện:Sử dụng trong máy hàn điện nấu chảy kim loạiCâu hỏi và bài tập1. Máy biến áp lí tưởng làm việc bình thường có tỉ số bằng 3, khi (U1,I1)=(360 v, 6A) thì (U2,I2) bằng bao nhiêu?A.(1080V, 18A) B.(120V, 2A)C.(1080V,2A) D.(120V,18A) = = (1)(1) U2=3U1 U2=3.360=1080(V)(1) I2= I2=6A2. Một biến áp có cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 100 vòng, điện áp và cường độ ở mạch sơ cấp là 120V, 0,8A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là bao nhiêu?A.6V, 96W B. 240V, 96W C. 6V, 4,8W D. 120V, 4,8W3. Một biến áp có hai cuộn dây lần lượt có 10000 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 220V thì điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp bằng bao nhiêu?b) Cuộn nào có tiết diện dây lớn hơn?Giải a) Để là máy tăng áp thì số vòng của cuộn dây thứ cấp phải lớn hơn số vòng dây của cuộn sơ cấp. Do đó số vòng cuộn sơ cấp N1 = 200 vòng, số vòng của cuộn thứ cấp N2 = 10000 vòng.b) Cuộn sơ cấp có tiết diện dây lớn hơn vì N1 < N2