Trang chủ / Tài liệu miễn phí / Khóa Luận Tốt Nghiệp

Bài Tập Về Máy Biến Thế Và Truyền Tải Điện Năng:


U

A

I A

I

AB

IC

H

120o I

O

B

U B

­ Ta có: Io  I A  IB  IC  I AB  IC . Vẽ

giản nen.

đồ Fre­

UC

­ Vì IA = IB nên I AB là đường chéo của

hình thoi tạo bởi I

A

và IB

­ Vậy giá trị của cường độ dòng điện trong dây trung hòa Io được tính bằng cách nào?


­ Dựa vào giản đồ Fre­nen, ta có: IAB = 2.OH = 2.IB.cos60o

Io = IAB – IC.

Bài giải:

Do các tải tiêu thụ mắc hình sao nên Id = Ip.

I A  IB

 U p

RA

 120  10 A

12

C

I  U p

RC

 120  5 A.

24

U A

I A

I

AB

IC

H

120o I

O

B

U

Do các tải đều là thuần trở nên dòng điện pha đồng pha với điện áp pha. Các dòng điện lệch pha nhau 120o. Ta suy ra giản đồ Fre­nen sau:

I  I  I  I  I  I

o A B C AB C

Dựa vào giản đồ Io = IAB – IC.

Vì IA = IB nên

I AB

là đường chéo của hình thoi tạo bởi UC

I và I I = 2.OH = 2.I

.cos60o = 2.10.cos60o = B

A B AB B

10A.

Vậy Io = IAB – IC = 10 – 5 = 5A.

2. Dạng 2: MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG.

2.1. Phương pháp giải chung:

­ Áp dụng các công thức về biến thế liên quan đến điện áp, công suất, cường độ dòng điện:

+ Hệ số biến áp:

k  U1

U2

 N1 N2

+ Công suất vào (sơ cấp):

P1  U1I1 cos1  U1I1

(xem

cos1

1).

Công suất ra (thứ cấp):

P2  U2 I2 cos2  U2 I2

(xem

cos2

1).

+ Hiệu suất:

H  P2 .100%

P1

Nếu hiệu suất của máy biến áp là 100% thì P = P

� I1  U2 .

1 2


­ Áp dụng các công thức về truyền tải điện năng:

I2 U1

+ Độ giảm thế trên đường dây:

U = Unơi đi ­ Unơi đến = IR.

 I 2 R  R P2


+ Công suất hao phí trên đường dây:

P = Pnơi đi – Pnơi đến

U cos 2 .

+ Hiệu suất truyền tải điện năng:   P' .100%  P  P.100% < 1

P P

2.2. Bài tập về máy biến thế và truyền tải điện năng:

Bài 1

Một đường dây tải điện xoay chiều một pha đến nơi tiêu thụ ở xa 6 km.

Giả thiết dây dẫn làm bằng nhôm có điện trở suất = 2,5.10­8 m và có tiết

diện 0,5cm2. Điện áp và công suất truyền đi ở trạm phát điện lần lượt là U =

6 kV, P = 540 kW. Hệ số công suất của mạch điện là cos công suất hao phí trên đường dây và hiệu suất truyền tải điện. Bài 2

= 0,9. Hãy tìm

Điện năng được truyền từ trạm tăng áp đến trạm hạ áp nhờ hệ thống

dây dẫn có điện trở R = 20 . Cảm kháng và dung kháng không đáng kể. Đầu

ra cuộn thứ cấp máy hạ áp có công suất 12 kW với cường độ 100A. Máy hạ

áp có tỉ số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là

N1  10 . Bỏ qua hao phí

N2

máy biến áp. Hãy tìm điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp.

Bài 3

Máy phát điện xoay chiều một pha cung cấp công suất P1 = 2 MW. Điện áp giữa hai cực là U1 = 2000V. Dòng điện đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp có hiệu suất H = 97,5%. Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp có số vòng dây tương ứng là N1 = 160 vòng và N2 = 1200 vòng. Dòng điện thứ cấp được truyền tải

đến nơi tiêu thụ bằng dây dẫn có R = 10 tiêu thụ và hiệu suất truyền tải điện.

2.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1:

Tóm tắt:

l = 6 km = 6000m

. Hãy tính điện áp, công suất nơi

= 2,5.10­8 m

S = 0,5cm2 = 0,5.10­4 m U = 6 kV

P = 540 kW

cos = 0,9

P = ? , = ?

Các mối liên hệ cần xác lập:

Đây là bài toán đơn giản, ta chỉ áp dụng công thức để tính toán:

­ Điện trở của dây tải điện:

R   l .

S

­ Công suất

P  UI cos � I  P .

U cos

­ Công suất hao phí trên dây: P = I2R.

­ Hiệu suất truyền tải:   P' .100%  P  P.100%

P P

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

­ Công suất hao phí trên dây dẫn

­ Công suất hao phí: P = I2R.


­ R   l

S

­ P  UI cos � I  P

U cos

­   P' .100%  P P .100%

P P

được tính bằng biểu thức nào?

­ Vậy để tìm công suất hao phí P,

ta cần tìm I và R.

­ Dựa vào giả thiết của đề bài, tìm I

và R bằng cách nào?


­ Áp dụng công thức nào để tìm hiệu

suất truyền tải điện?

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 169 trang tài liệu này.

Lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn giải và giải bài tập Vật lý (chương “Dòng điện xoay chiều” lớp 12 chương trình nâng cao) - 18

Bài giải:

Điện trở của dây dẫn tải điện:

R   l  2,5.108 6000  3

S 0,5.104

Cường độ dòng điện trên dây:

P  UI cos � I  P

U cos

� I 540  100 A 6.0,9

Công suất hao phí trên dây: P = I2R = 1002.3 = 30 kW

Hiệu suất truyền tải điện năng:

  P  P .100%  540  30 .100% 94, 4%

P

Bài 2:

540

Tóm tắt: R = 20

2

P'  12 kW

I

2

'  100 A

N1  10

N2

U2 = ?

Các mối liên hệ cần xác lập:

­ Vẽ sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền tải điện năng nhờ máy biến áp.

2 1 ­ Tìm điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp U và sơ cấp của máy hạ áp U P 1

2

1

­ Tìm điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp U ' và sơ cấp của máy hạ áp U ' :

P

'

2

U '  2 ;

1

I '

2  N2

U

'

U ' N

U ' .

2 1 1

' I '  N I '


­ Tìm dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp

I1 : 1 2 1

.

I ' N

2 1

­ Dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ áp chính bằng dòng điện chạy qua dây dẫn tải điện có điện trở R

Độ giảm áp trên đường dây:

U  I ' R .

1

­ Vậy điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp máy tăng áp bằng tổng điện áp ở hai đầu cuộn dây sơ cấp máy hạ áp và độ giảm điện áp trên đường dây.

2 1

U  U  U ' .

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

­ Vẽ sơ đồ đơn giản của hệ thống truyền tải điện năng nhờ máy biến áp (như hình vẽ trên) giúp học sinh dễ hình dung.

­ Dựa vào dữ kiện của đề bài, hãy tìm


điện áp

U ' ở

hai đầu cuộn thứ

cấp

­ Vì P'  U ' I '

'

P

I

�U '  2

2

trong máy hạ áp.

2 2 2 2 '

2

U

1

­ Điện áp ' ở hai đầu cuộn sơ

cấp

của máy hạ áp được tính thế nào khi

U ' N

biết tỉ số vòng dây của cuộn sơ cấp

­ 2  2 '

U

U ' N 1

và cuộn thứ cấp trong máy hạ áp?

­ Biểu thức tính công suất ở cuộn sơ cấp trong máy hạ áp?

­ Nếu bỏ qua hao phí máy biến áp thì

1 1


1 1 1

­ P'  U ' I '

ta có kết quả gì? ­ Nếu bỏ qua hao phí máy biến áp thì

'  '

� I '  U '

­ Từ (*)

giá trị của cường độ dòng P1 P2

1 2 (*)

I ' U '

I

điện áp.

2 1

1

' qua cuộn sơ cấp của máy hạ

­ Dòng điện qua cuộn sơ cấp máy hạ

áp chính bằng dòng điện chạy qua dây dẫn có điện trở R. Vậy độ giảm trên đường dây tải điện được tính thế nào?


­ Độ điện:


giảm áp trên đường dây tải


1

U  I ' R

­ Khi điện năng truyền từ trạm tăng

áp (từ cuộn thứ cấp máy tăng áp) đến

trạm hạ áp (vào cuộn sơ cấp máy hạ

2 1

áp) thì bị tiêu hao. Vậy điện áp hiệu

­ U  U  U '

dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp được tính thế nào?

Bài giải:

Điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp của máy hạ áp:

P

'

U

' 2

I

2 '

2

12.103

 

100 120 V

Điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp máy hạ áp:

V

U '  N �U '  U ' N  120.10  1200


2 2 1

1 2

U ' N N

1 1 2

' ' � I '  U '


Vì bỏ qua hao phí của máy biến áp nên

P1  P2 1 2

I ' U '

1 2

� I '  I ' N2

N1

 100. 1

10

2 1

 10 A

Dòng điện qua cuộn sơ

cấp máy hạ

áp chính bằng dòng điện chạy qua

dây dẫn tải điện có điện trở R.

1

Độ giảm áp trên đường dây: U I ' R  10.20  200 V.

Vậy điện áp ở hai đầu cuộn thứ cấp máy tăng áp là:

2 1

U  U  U '  200  1200  1400 V.

Bài 3: Tóm tắt:

P1 = 2MW U1 = 2000V H = 97,5%

N1 = 160 vòng N2 = 1200 vòng R = 10

U3 = ? , P3 = ? , = ?

Các mối liên hệ cần xác lập:

­ Dòng điện đi từ máy phát điện xoay chiều đưa vào cuộn sơ cấp máy biến áp, ra ở cuộn thứ cấp máy biến áp và được truyền đến nơi tiêu thụ điện (sơ đồ tải điện như hình).

­ Tìm cường độ dòng điện do máy phát điện cung cấp I1  1 P U 1 ­ Đối 2

­ Tìm cường độ dòng điện do máy phát điện cung cấp:

I1  1

P

U

1

­ Đối với máy biến áp, đề bài cho biết U1, N1, N2 tìm được điện áp U2

giữa hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp dựa vào biểu thức: U1

U2

 N1 .

N2

­ Dòng điện truyền từ máy phát điện đến máy biến áp có hiệu suất:

H  P2

 I2U2

cường độ dòng điện I

trong cuộn thứ cấp máy biến


2

áp.

P1 P1

­ Dòng điện đến nơi tiêu thụ bằng dòng điện trong cuộn thứ cấp máy biến áp.

­ Khi dòng điện truyền từ cuộn thứ cấp máy biến áp đến nơi tiêu thụ thì bị

tiêu hao một phần. Do đó, độ giảm áp trên đường dây là:

U  I2 R

điện

áp đến nơi tiêu thụ được tính bằng công thức U3  U2  U .

­ Khi dòng điện truyền từ máy phát điện xoay chiều có công suất P1 qua

máy biến áp đến nơi tiêu thụ có công suất P3 thì hiệu suất truyền tải là

HTT

 P3 P1

ta cần tìm công suất nơi tiêu thụ P3

= U3.I2

hiệu suất truyền

tải HTT.

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

­ Mô tả sơ đồ truyền tải điện năng


­ Cường độ dòng điện do máy phát điện cung cấp: I P1 .

1 U

1

­ Từ công thức :

U1  N1 �U  U N2

U N 2 1 N

2 2 1

­ H P2 .100% (1)

P1

­ Từ (1)

� H  I2 U2 � I  H.P1

P 2 U

1 2


­ Độ giảm áp trên đường dây tải điện là U I2 R .

Điện áp nơi tiêu thụ: U3  U2  U

­ Hiệu suất truyền tải đến nơi tiêu thụ:

H  P3 .100% (2)

TT P

1


­ P3  U3.I2 (3)

từ máy phát điện đến nơi tiêu thụ

bằng sơ đồ như hình vẽ trên.

­ Dòng điện do máy phát điện xoay

chiều cung cấp có cường độ là bao

nhiêu?

­ Dựa vào giả thiết của đề bài, hãy

tìm điện áp hiệu dụng U2 giữa hai

đầu cuộn thứ cấp máy biến áp.

­ Hiệu suất của dòng điện khi

truyền từ máy phát điện đến máy

biến áp được tính bằng biểu thức

nào?

­ Kết hợp (1) với dữ kiện đề bài,

hãy tìm cường độ dòng điện I2 trong

cuộn thứ cấp máy biến áp.

­ Dòng điện trong cuộn thứ cấp máy

biến áp bằng dòng điện truyền đến

nơi tiêu thụ. Khi dòng điện truyền

từ cuộn thứ cấp máy biến áp đến

nơi tiêu thụ bằng dây dẫn điện trở R

thì bị tiêu hao một phần. Vậy độ

giảm áp trên đường dây tải điện là

bao nhiêu? Từ đó tìm điện áp U3 nơi

tiêu thụ.

­ Khi dòng điện truyền từ máy phát

điện xoay chiều có công suất P1 qua

máy biến áp đến nơi tiêu thụ có

công suất P3 thì hiệu suất truyền tải

được tính thế nào?

­ Vậy công suất đến nơi tiêu thụ

điện được tính thế nào?


­ Thay (3) vào (2) hiệu suất truyền tải nơi tiêu thụ HTT.

Bài giải:

Cường độ dòng điện do máy phát điện cung cấp:

P 2.106

I1  1   1000 A.

U1 2000

Điện áp giữa hai đầu cuộn thứ cấp máy biến áp:

U  U

N2  2000.1200  15000 V.

2 1 160

N

1

Cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:

I U H .P 0,975.2.106

Vì H

2 2 � I2

P1

1   130 A

U2 15000

Độ giảm áp trên đường dây:

U  I2 R  130.10  1300 V.

Điện áp đến nơi tiêu thụ: U3  U2  U  15000 1300  13700 V

Công suất đến nơi tiêu thụ:

P3  U3.I2  13700.130  1781000 W

Hiệu suất truyền tải điện: H

 P3 .100%  1781000 .100%  89% .

P

1

TT 2.106

Xem tất cả 169 trang.

Ngày đăng: 05/05/2022
Trang chủ Tài liệu miễn phí