Chuyên đề Vật Lý 12 2021 2022 quynhn09gmail com CĐ6 MÁY BIẾN ÁP – TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG – CỰC TRỊ ĐIỆN ÁP I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1 Khái niệm ( Hình 1 ) 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 Gồm có hai cuộn dây cuộn sơ cấp có vòng và cuộn thứ cấp có 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 Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có.
Trang 1CĐ6: MÁY BIẾN ÁP – TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG –
CỰC TRỊ ĐIỆN ÁPI.TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1 Khái niệm
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
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
Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có
thể N1N2 hoặc ngược lại
+ Nếu N1> N2: Máy hạ áp
+ Nếu N1<N2: Máy tăng áp
Với N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp, N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp
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
3 Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ
4 Các công thức của máy biến áp
Cuộm dây cuộn sơ cấp và thứ cấp thuần cảm ( máy biến áp lý tưởng) thì
Trang 25 Truyền tải điện năng đi xa
Gọi P là công suất của nhà máy điện, U là điện áp tại nơi sản xuất (nhà máy điện), U’ là điện áp tại nơi tiêu thụ, R là điện trở của đường dây tải điện, I là cường độ dòng điện hiệu dụng chạy trên đường dây tải điện
a.Công suất hao phí trên đường dây tải điện ∆ P= P
2(Ucosφφ)2.R
Với gP là công suất hao phí trên đường dây tải điện (W), cosφ là hệ số công suất
-Nếu cosφ=1 khi đó ∆ P= P2
U2.R
*Chú ý: Để giảm hao phí trên đường dây tải điện ta tăng điện áp tại nơi sản xuất (tăng U) hoặc giảm điện
trở của đường dây tải điện (giảm R), nhưng phương pháp tối ưu nhât là tăng điện áp U
b Hiệu suất truyền tải điện năng
U2.Rc.Độ giảm thế trên dây dẫn ( trên đường dây tải điện)
gU = U – U’ = I.R = √∆ P R với gU : độ giảm thế trên đường dây tải điện (V)
I: Cường độ dòng điện chạy trên dây dẫn (A)
6.Máy phát điện xoay chiều
a.Nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông
qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều
b Máy phát điện xoay chiều một pha
* Khái niệm: là máy tạo ra một suất điện động xoay chiều hình sin.
* Cấu tạo
Máy phát điện xoay chiều 1 pha (còn gọi là máy dao điện) gồm 2 phần
chính:
U R U’
Trang 3+ Phần cảm: Là nam châm dùng để tạo ra từ trường Nam châm của phần cảm có thể là nam châm vĩnh
cữu hoặc nam châm điện
+ Phần ứng: Là khung dây dẫn dùng để tạo ra dòng điện.
Một trong hai phần cảm và phần ứng đứng yên, phần còn lại quay, bộ phận đứng yên gọi là stato, bộ phận quay gọi là rôto.
+ Tần số tạo ra của máy phát điện xoay chiều: f=np60 với f là tần số (Hz), n: tốc độ quay của rô to (vòng /phút), p: số cặp cực
hoặc f=np với n là tốc độ quay của rô to (vòng/s)
c Máy phát điện xoay chiều ba pha
* Khái niệm: Là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha
nhau 2π2π/3
*Cấu tạo:
+ Stato: là 3 cuộn dây giống nhau gắn cố định trên một đường tròn lệch nhau một góc 1200
+ Roto: là một nam châm có thể quay quanh một trục cố định với tốc độ quay không đổi là ω
Khi đó trên 3 cuộn dây xuất hiện 3 dòng điện xoay chiều có cùng tần số góc ω, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau góc 1200, dòng điện sinh ra từ máy phát điện xoay chiều ba pha gọi là dòng ba pha
7 Bài toán cực trị điện áp
a.Điện áp hai đầu điện trở cực đại (U R max ):
Trang 4c.Điện áp hai đầu tụ điện cực đại (U C max )
- Nếu cuộn dây thuần cảm có L thay đổi để ULmax ↔ U2
=ULmax (U Lmax−UC)
- Nếu tụ điện có điện dung C thay đổi để UCmax↔ U2=UCmax (U Cmax−UL)
7.Bài toán đồ thị điện xoay chiều (Phiếu học tập)
II.BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài tập 1 Đặt điện áp xoay chiều u=U√2 cosφωt (V) vào hai đầu đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp, trong đó tụ
điện có điện dung C thay đổi được Thay đổi C để điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện C đạt giá trị cực đại, giá trị cực đại này là 100V Khi đó điện áp hiệu dụng hai đầu điện trở R nhận giá trị lớn nhất là bao nhiêu? (Đs: 50V)
Bài tập 2: Một máy phát điện xoay chiều có công suất 2000kW Dòng điện nó phát ra sau khi tăng điện áp
lên đến 220kV được truyền đi xa bằng một đường dây có điện trở 40 Ω Cho rằng chỉ có hao phí trênđường dây tải điện
a Công suất hao phí trên đường dây là bao nhiêu? (đs: gP=3305,8 W)
b Tính hiệu suất truyền tải điện năng (Đs: H=99,835%)
Bài tập 3: Đường dây tải điện có điện trở 4 Ω dẫn điện từ A đến B Điện áp hiệu dụng ở A là 5000V,công suất là 500kW Hệ số công suất của mạch điện là 0,9 Hiệu suất tải điện là bao nhiêu?
(Đs: H=90,123%)
Bài tập 4.Điện năng ở một trạm điện được truyền đi dưới hiệu điện thế 8kV, hiệu suất trong quá trình
truyền tải là H1 = 80% Muốn hiệu suất trong quá trình truyền tải tăng đến H2 = 95% thì ta phải tăng haygiảm điện áp đến giá trị bao nhiêu? (Đs: U’=16kV)
Bài tập 5 Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto gồm 10 cặp cực (10 cực nam và 10
cực bắc) Rôto quay với tốc độ 300 vòng/phút Suất điện động do máy sinh ra có tần số bằng
Trang 5A 3000 Hz B 50 Hz C 5 Hz D 30 Hz.
Bài tập 6: Một máy phát điện người ta muốn truyền tới nơi tiêu thụ một công suất điện là 400KW với hiệu
suất truyền tải là 90% Biết điện trở của đường dây tải là 30 Ω Cần phải đưa lên đường dây tải tại nơi đặtmáy phát điện một điện áp bằng bao nhiêu? Cho rằng chỉ có hao phí trên đường dây tải điện
(Đs: U=10954=10,954kV)
Bài tập 7*.(ĐH2014) Điện năng từ một trạm phát điện được đưa đến một khu tái định cư bằng đường dây
truyền tải một pha Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền đi tăng từ U lên 2U thì số hộ dân được trạm cungcấp đủ điện năng tăng từ 120 lên 144 Cho rằng chỉ tính đến hao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điệncủa các hộ dân đều như nhau, công suất của trạm phát không đổi và hệ số công suất trong các trường hợpđều bằng nhau Nếu điện áp truyền đi là 4U thì trạm phát này cung cấp đủ điện năng cho
A 168 hộ dân B 150 hộ dân C 504 hộ dân D 192 hộ dân
Bài tập 8*.Một nông trại dùng các bóng đèn dây tóc loại 200 W – 220 V để thắp sáng và sưởi ấm vườn cây
vào ban đêm Biết điện năng được truyền đến nông trại từ một trạm phát, giá trị điện áp hiệu dụng tại trạmphát này là 1000 V, đường dây một pha tải điện đến nông trại có điện trở thuần 20 Ω và máy hạ áp tại nôngtrại là máy hạ áp lí tưởng Coi rằng hao phí điện năng chỉ xảy ra trên đường dây tải Số tối đa bòng đèn mànông trại có thể sử dụng cùng một lúc để các đèn vẫn sáng bình thường là
Bài tập 9: Mạch điện xoay chiều gồm cuôn dây có điện trở thuần r và độ tự cảm L = 10H mắc nối tiếp với
tụ điện có điện dung C có thể thay đổi được Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch có biểu thức
Bài tập 11.Cho mạch RLC mắc nối tiếp, biết R = 100√3Ω, C = 10−4
πt F, độ tự cảm L thay đổi được Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u = 200√2cos(100πt + πt6) V Điều chỉnh L điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm thuần đạt giá trị lớn nhất
a Tính giá trị L (Đs: L=4πt (H))
b Tính điện áp cực đại giữa hai đầu cuộn cảm thuần (Đs: U Lmax = 230,94 V)
Trang 6Bài tập 12 Cho mạch RLC mắc nối tiếp, biết R =200Ω, C = 10−4
2 πt F, độ tự cảm L thay đổi được Đặt vào haiđầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u = 200cos100πt V Điều chỉnh L điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn
cảm thuần đạt giá trị lớn nhất Khi đó, công suất tiêu thụ của mạch là bao nhiêu?(đs: P=50W)
Bài tập 13 (ĐH-2009) Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 220 V, tần số 50 Hz vào hai đầu đoạnmạch mắc nối tiếp gồm điện trở thuần 60Ω, cuộn cảm thuần có độ tự cảm L=0,8/π và tụ điện có điện dungthay đổi được Điều chỉnh điện dung C của tụ điện thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm đạt giá trịcực đại
a Tính giá trị điện dung C (Đs: C=10−3
8 πt F)
b Tính điện áp cực đại đó (đs: ULmax = 293,33V)
Bài tập 14 Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U=30√2 V vào hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp Biết cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được Khi điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn dây cực đại thì hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu tụ điện là 30V Giá trị hiệu điện thế cực đại giữa hai đầu cuộn dây là A.60V B.120V C.30√2 V D 60√2 V
Bài tập 15 ĐH-2011)Đặt điện áp xoay chiều u = U 2cos100 t (U không đổi, t tính bằng s) vào hai đầuđoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở thuần R, cuộn cảm thuần có độ tự cảm 0, 2 / (H) và tụ điện có điệndung C thay đổi được Điều chỉnh điện dung của tụ điện để điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ điện đạt giátrị cực đại Giá trị cực đại đó bằng U 3.Điện trở R bằng
Bài tập 16.Cho mạch RLC mắc nối tiếp, biết R = 50√3Ω, C = 2.10−4
πt F, độ tự cảm L thay đổi được Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u = 100√2cos(100πt + πt6) V Điều chỉnh L điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn cảm thuần đạt giá trị lớn nhất Hệ số công suất của mạch là? (ĐS: cosφ = 0,5)
Bài tập 17.Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ Cuộn dây có điện trở thuần r = 10 Ω, độ tự cảm L =
1
10 πt H Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp biến thiên điều hoà có giá trị
hiệu dụng U = 50 V và tần số f = 50 Hz Khi điện dung của tụ điện có giá trị
là C1 thì số chỉ của ampe kế là cực đại và bằng 1 A Giá trị của R và C1 là
Trang 7Bài tập 19.Cho mạch RLC mắc nối tiếp, biết R = 50√3Ω, C = 2.10−4
πt F, độ tự cảm L thay đổi được Đặt vàohai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u = 100√2cos(100πt + πt6) V Điều chỉnh L điện áp hiệu dụng giữahai đầu cuộn cảm thuần đạt giá trị lớn nhất Giá trị đó bằng
Câu 1:(Nh n bi t) ận biết) ết) Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây lần lượt là
N1 và N2 Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U1 vào hai đầu cuộn sơ cấp thì điện áp hiệu dụng giữahai đầu cuộn thứ cấp khi để hở là U2 Hệ thức đúng là
Câu 2:(Nh n bi t) ận biết) ết) Biểu thức nào sau đây đúng khi nói về mối liên hệ giữa số vòng dây, điện áp và cường
độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp lí tưởng?
Câu 3:(Nh n bi t) ận biết) ết) Biểu thức nào sau đây đúng khi nói về mối liên hệ giữa số vòng dây, điện áp và cường
độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp lí tưởng?
Trang 8Câu 4:(Nh n bi t) ận biết) ết) Biểu thức nào sau đây không đúng khi nói về mối liên hệ giữa số vòng dây, điện áp và
cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của máy biến áp lí tưởng?
Câu 5:(Nh n bi t) ận biết) ết) Người ta tăng điện áp lên 500 kV để truyền tải điện năng đi xa nhằm mục đích
A tăng công suất nhà máy điện B giảm điện trở trên đường dây tải điện
C tăng hệ số công suất nơi tiêu thụ D giảm hao phí điện năng khi truyền tải
Câu 6:(Nh n bi t) ận biết) ết) Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, biện pháp tối ưu nhất để giảm hao phí điệnnăng trên đường dây tải điện là
A tăng tiết diện đường dây tải điện B giảm tiết diện đường dây tải điện
C giảm điện áp trước khi truyền tải D tăng điện áp trước khi truyền tải
Câu 7:(Nh n bi t) ận biết) ết) Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, biện pháp hiệu quả nhất để giảm hao phíđiện năng trên đường dây tải điện là
A giảm công suất ở nơi phát B tăng điện áp ở nơi phát
C giảm điện trở dây tải điện D tăng hệ số công suất truyển tải
Câu 8:(Nh n bi t) ận biết) ết) Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, biện pháp hiệu quả nhất để giảm hao phíđiện năng trên đường dây tải điện là
A giảm công suất truyền tải B giảm chiều dài đường dây
C tăng điện áp trước khi truyền tải D tăng tiết diện đường dây dẫn điện
Câu 9:(Nh n bi t) ận biết) ết) Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng
A quang điện B điện phân C cảm ứng điện từ D cộng hưởng điện
Câu 10:(Nh n bi t) ận biết) ết) Phát biểu nào sau đây không đúng?
Máy biến áp là thiết bị:
A có thể biến đổi điện áp xoay chiều B làm biến đổi tần số của dòng điện khi đi qua nó
C được sử dụng trong truyền tải điện năng D hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
Câu 11:(Nh n bi t) ận biết) ết) Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa Gọi U là điện áp hiệu dụng tại nơi truyềntải Điện năng hao phí trong quá trình truyền tải sẽ
A tỉ lệ thuận với U B tỉ lệ nghịch với U C tỉ lệ thuận với U2 D tỉ lệ nghịch với U2
Câu 12:(Nh n bi t) ận biết) ết) Máy biến áp là thiết bị có khả năng biến đổi
A chu kì của dòng điện xoay chiều B tần số của dòng điện xoay chiều
C điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều D cường độ và tần số dòng điện xoay chiều
Câu 13:(Nh n bi t) ận biết) ết) Một máy biến áp có số vòng dây cuộn sơ cấp nhiều hơn số vòng dây cuộn thứ cấp.Máy biến áp này được dùng để
A giảm cường độ dòng điện, tăng hiệu điện thế B giảm cường độ dòng điện, giảm hiệu điện thế
Trang 9C tăng cường độ dòng điện, tăng hiệu điện thế D tăng cường độ dòng điện giảm hiệu điện thế.
Câu 14:(Nh n bi t) ận biết) ết) Một máy biến áp có số vòng dây cuộn sơ cấp ít hơn số vòng dây cuộn thứ cấp Máybiến áp này được dùng để
A giảm cường độ dòng điện, tăng hiệu điện thế B giảm cường độ dòng điện, giảm hiệu điện thế
C tăng cường độ dòng điện, tăng hiệu điện thế D tăng cường độ dòng điện giảm hiệu điện thế
Câu 15:(Nh n bi t) ận biết) ết) Nguyên nhân làm giảm hiệu suất của máy biến áp là do tác dụng nào của dòng điện?
A Tác dụng nhiệt B Tác dụng từ C Tác dụng hóa học D Tác dụng sinh học
Câu 16:(Nh n bi t) ận biết) ết) Nhận xét nào sau đây không đúng?Máy biến áp có thể
A tăng hiệu điện thế xoay chiều B giảm hiệu điện thế xoay chiều
C thay đổi tần số dòng điện xoay chiều D thay đổi cường độ dòng điện xoay chiều
Câu 17:(Nh n bi t) ận biết) ết) Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha dựa vào:
A hiện tượng cảm ứng điện từ B hiện tượng tự cảm
C khung dây quay trong điện trường D khung dây chuyển động trong từ trường
Câu 18:(Nh n bi t) ận biết) ết) Máy phát điện xoay chiều một pha có p cặp cực, số vòng quay của rôto là n(vòng/giây) thì tần số dòng điện xác định là:
Câu 19:(Nh n bi t) ận biết) ết) Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha dựa trên hiện tượng:
A cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay B cảm ứng điện từ
A không đổi B tăng lên 2 lần C tăng lên 4 lần D giảm đi 4 lần
Câu 22:(Nh n bi t) ận biết) ết) Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto quay với tốc độ 375vòng/phút Tần số của suất điện động cảm ứng mà máy phát tạo ra là 100 Hz Số cặp cực của roto bằng
Câu 23:(Nh n bi t) ận biết) ết) Động cơ điện xoay chiều là thiết bị điện biến đổi:
A điện năng thành cơ năng B điện năng thành quang năng
C cơ năng thành nhiệt năng D điện năng thành hóa năng
Câu 24:(Nh n bi t) ận biết) ết) Phương trình của suất điện động e = 15.sin(4πt + π/6) (V) Suất điện động tại thờiđiểm 10 (s) là:
Trang 10Câu 25:(Nh n bi t) ận biết) ết) Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm gồm 8 cặp cực, rôto quay vớitốc độ 7 vòng/s Tần số dòng điện do máy phát ra là:
Câu 26:(Nh n bi t) ận biết) ết) Máy phát điện xoay chiều một pha:
A Có rôto là phần ứng, stato là phần cảm
B có nguyên tắc cấu tạo dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và từ trường quay
C có phần cảm là cuộn dây, phần ứng là nam châm
D biến đổi điện năng thành cơ năng
B.MỨC ĐỘ THÔNG HIỂU
Câu 27 : (Thông hiểu)Trong máy biến áp
A cuộn dây nối với mạng điện xoay chiều là cuộn thứ cấp
B cuộn dây nối với tải tiêu thụ là cuộn sơ cấp
C dòng điện và điện áp xoay chiều ở cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng tần số
D số vòng dây ở cuộn thứ cấp nhiều hơn ở cuộn sơ cấp là máy hạ áp
Câu 2 8 : (Thông hiểu)Với cùng một công suất cần truyền tải, nếu tăng điện áp hiệu dụng ở nơi phát lên
20 lần thì công suất điện hao phí trên đường dây
A giảm 400 lần B giảm 20 lần C giảm 40 lần D giảm 200 lần
Câu 29:(Thông hiểu) Với cùng một công suất cần truyền tải, nếu tăng điện áp hiệu dụng ở nơi phát lên
10 lần thì công suất điện hao phí trên đường dây
A giảm 100 lần B giảm 10 lần C tăng 10 lần D tăng 100 lần
Câu 30:(Thông hiểu) Với cùng một công suất cần truyền tải, muốn giảm công suất hao phí trên đườngdây tải điện đi 400 lần thì cần tăng điện áp hiệu dụng ở nơi phát lên bao nhiêu lần?
Câu 31:(Thông hiểu) Với cùng một công suất cần truyền tải, muốn giảm công suất hao phí trên đườngdây tải điện đi 100 lần thì cần tăng hay giảm điện áp hiệu dụng ở nơi phát bao nhiêu lần?
A tăng 10 lần B tăng 100 lần C giảm 10 lần D giảm 100 lần
Câu 32:(Thông hiểu)Một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây cuộn sơ cấp gấp 10 lần số vòng dâycuộn thứ cấp Khi hoạt động máy biến áp này
A làm giảm tần số dòng điện 10 lần B làm tăng tần số dòng điện 10 lần
C làm giảm điện áp đi 10 lần D làm tăng điện áp lên 10 lần
Câu 33:(Thông hiểu) Một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây cuộn thứ cấp gấp 10 lần số vòng dâycuộn sơ cấp Khi hoạt động máy biến áp này
A làm giảm tần số dòng điện 10 lần B làm tăng tần số dòng điện 10 lần
C làm giảm điện áp đi 10 lần D làm tăng điện áp lên 10 lần
