điện xoay chiều máy biến áp truyền tải điện năng

Ni hai u cu n s cp vào ngun phát in xoay chiu, dòng in xoay chiu chy trong cu n s cp to ra t trng bin thiên trong li bin áp.. Dòng in xoay chiu ba pha c to ra bi máy phát in xoay chiu ba

1

I.KIN THC

1 Máy bin áp: Máy bi
n áp là thi
t b bi
n i in áp xoay chiu

+ Hai cun dây có s vòng dây N1, N2 khác nhau có in tr thun nh và  t cm ln qun

trên li bi
n áp Cun ni vào ngun phát in gi là cun s cp, cun ni ra các c s tiêu

Nguyên tc hot ng

Da vào hin tng cm ng in t

Ni hai u cun s cp vào ngun phát in xoay chiu, dòng in xoay chiu chy trong

cun s cp to ra t trng bi
n thiên trong li bi
n áp T thông bi
n thiên ca t trng ó

qua cun th cp gây ra sut in ng cm ng trong cun th cp

S bi
n i in áp và cng  dòng in trong máy bi
n áp

Vi máy bi
n áp làm vic trong iu kin lí tng (hiu sut gn 100%):

* Công dng ca máy bin áp

+ Dùng  thay i in áp ca dòng in xoay chiu

+ S dng trong các máy hàn in, nu chy kim loi

2 Máy phát in xoay chiu

* Máy phát in xoay chiu 1 pha

+ Các b ph!n chính:

Phn cm là nam châm v∀nh c#u hay nam châm in ∃ó là phn to ra t trng

Phn ng là nh#ng cun dây, trong ó xut hin sut in ng cm ng khi máy hot ng

Mt trong hai phn %t c nh, phn còn li quay quanh mt trc Phn c nh gi là stato,

phn quay gi là rôto

CH
 6 MÁY
IN - MÁY BIN ÁP - TRUYN TI
IN NNG

2

+ Hot ng: khi rôto quay, t thông qua cun dây bi
n thiên, trong cun dây xut hin sut

in ng cm ng, sut in ng này c a ra ngoài  s dng

+ N
u t thông qua cun dây là φ(t) thì sut in ng cm ng trong cun dây là: e = -

dt

dφ

= - φ’(t)

+ Tn s ca dòng in xoay chiu: Máy phát có mt cun dây và mt nam châm (gi là mt

c%p cc) và rôto quay n vòng trong mt giây thì tn s dòng in là f = n Máy có p c%p cc và

rô to quay n vòng trong mt giây thì f = np Máy có p c%p cc, rô to quay n vòng trong mt

phút thì f =

60

np

* Dòng in xoay chiu ba pha

Dòng in xoay chiu ba pha là mt h thng ba dòng in xoay chiu, gây bi ba sut in

ng xoay chiu có cùng tn s, cùng biên  nhng lch pha nhau tng ôi mt là

3

2 π

Dòng in xoay chiu ba pha c to ra bi máy phát in xoay chiu ba pha

Máy phát in xoay chiu ba pha cu to gm stato có ba cun dây riêng r&, hoàn toàn ging

nhau qun trên ba li st %t lch nhau 1200 trên mt vòng tròn, rôto là mt nam châm in

Khi rôto quay u, các sut in ng cm ng xut hin trong ba cun dây có cùng biên ,

cùng tn s nhng lch pha nhau

3

2 π

N
u ni các u dây ca ba cun vi ba mch ngoài (ba ti tiêu th) ging nhau thì ta có h

ba dòng in cùng biên , cùng tn s nhng lch nhau v pha là

3

2 π

* Các cách mc mch 3 pha

+ Mc hình sao: ba i m u ca ba cun dây c ni vi 3 mch ngoài

bng 3 dây d∋n, gi là dây pha Ba i m cui ni chung vi nhau trc ri ni

vi 3 mch ngoài bng mt dây d∋n gi là dây trung hòa

N
u ti tiêu th c(ng c ni hình sao và ti i xng (3 ti ging nhau) thì

cng  dòng in trong dây trung hòa bng 0

N
u ti không i xng (3 ti không ging nhau) thì cng  dòng in trong dây trung

hoà khác 0 nhng nh hn nhiu so vi cng  dòng in trong các dây pha

Khi mc hình sao ta có: Ud = 3Up (Ud là in áp gi#a hai dây pha, Up là in áp gi#a dây

pha và dây trung hoà)

Mng in gia ình s dng mt pha ca mng in 3 pha: nó có mt dây

nóng và mt dây ngui

+ Mc hình tam giác: i m cui cun này ni vi i m u ca cun ti
p

theo theo tun t thành ba i m ni chung Ba i m ni ó c ni vi 3

mch ngoài bng 3 dây pha

Cách mc này òi hi 3 ti tiêu th phi ging nhau

* u im ca dòng in xoay chiu 3 pha

ng dây

+ Trong cách mc hình sao, ta có th s dng c hai in áp khác nhau: Ud = 3Up

+ Cung cp in cho ng c ba pha, dùng ph bi
n trong các nhà máy, xí nghip

3

3
ng c không ng b ba pha

* S quay không ng b

Quay u mt nam châm hình ch U vi tc  góc ω thì t trng gi#a hai nhánh ca nam

châm c(ng quay vi tc  góc ω ∃%t trong t trng quay này mt khung dây d∋n kín có th

quay quanh mt trc trùng vi trc quay ca t trng thì khung dây quay vi tc  góc ω’

< ω Ta nói khung dây quay không ng b vi t trng

* Nguyên tc hot ng ca ng c không ng b 3 pha

+ To ra t trng quay bng cách cho dòng in xoay chiu 3 pha i vào trong 3 cun dây

ging nhau, %t lch nhau 1200 trên mt giá tròn thì trong không gian gi#a 3 cun dây s& có

mt t trng quay vi tn s bng tn s ca dòng in xoay chiu

+ ∃%t trong t trng quay mt rôto lng sóc có th quay xung quanh trc trùng vi trc quay

ca t trng

+ Rôto lng sóc quay do tác dng ca t trng quay vi tc  nh hn tc  ca t trng

Chuy n ng quay ca rôto c s dng  làm quay các máy khác

+ Gi s in áp và cng  dòng in luôn luôn cùng pha Tc là cosϕ = 1

+ Công sut hao phí trên ng dây là: )P = I2.R =

2

2

P R

U Ho%c Php = rI2 = r(

(R, r là in tr ca dây d∋n)

P là công sut nhà máy phát in (P = PA); U hiu sut  hai u dây (U = U’A)

+ Hiu sut ti in: B A

∆U = Ir

Vì r = ρ

S

l

nên  gim ta phi dùng các loi dây có in tr sut nh nh bc, dây siêu d∋n,

ct in ln nên các bin pháp này không kinh t

in áp U: dùng máy bi
n áp  a in áp  nhà máy phát in lên cao ri ti i trên các

ng dây cao áp Gn 
n ni tiêu th li dùng máy bi
n áp h áp  gim in áp tng bc


n giá tr thích hp

2 ln

4

II CÁC DNG BÀI TP

BÀI TOÁN 1 : CÁC LOI MÁY,
NG C
IN

* Công thc cn nh :

Tn s dòng in do máy phát in xoay chiu mt pha phát ra (tính ra Hz):

Máy có 1 c%p cc, rôto quay vi tc  n vòng/giây: f = n

Máy có p c%p cc, rôto quay vi tc  n vòng/giây: f = pn

Máy có p c%p cc, rôto quay vi tc  n vòng/phút: f =

60

pn

Công sut tiêu th trên ng c in: I2r + P = UIcosϕ

VÍ D! MINH H∀A

VD1 (TN 2009) Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn cm là rôto gm 4 c%p cc (4

cc nam và 4 cc bc) ∃ sut in ng do máy này sinh ra có tn s 50 Hz thì rôto phi

VD2 (TN 2011) Rôto ca máy phát in xoay chiu mt pha là nam châm có bn c%p cc (4

cc nam và cc bc) Khi rôto quay vi tc  900 vòng/phút thì sut in ng do máy to ra

VD3 (C
2009) Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn cm là rôto gm 10 c%p cc

(10 cc nam và 10 cc bc) Rôto quay vi tc  300 vòng/phút Sut in ng do máy sinh

VD4 (C
2010) Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn cm là rôto quay vi tc 

375 vòng/phút Tn s ca sut in ng cm ng mà máy phát to ra là 50 Hz S c%p cc

5

VD5 Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn cm là rôto gm 8 c%p cc (8 cc nam

và 8 cc bc) Rôto quay vi tc  300 vòng/phút

a) Tính tn s ca sut in ng cm ng do máy phát ra

b) ∃ tn s ca sut in ng cm ng do máy phát ra bng 50 Hz thì rôto phi quay vi

VD6 Mt máy phát in xoay chiu mt pha có 4 c%p cc Bi u thc ca sut in ng do

máy phát ra là: e = 220 2cos(100πt – 0,5π) (V) Tính tc  quay ca rôto theo n v

VD7 Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn ng gm bn cun dây ging nhau mc

ni ti
p Sut in ng xoay chiu do máy phát sinh ra có tn s 50 Hz và giá tr hiu dng

100 2 V T thông cc i qua m∗i vòng dây ca phn ng là 5

E f

π Φ = 400 vòng => M∗i cun: N1c = 4

N

= 100 vòng

VD8 (
H 2010) Mt ng c in xoay chiu khi hot ng bình thng vi in áp hiu

dng 220 V thì sinh ra công sut c hc là 170 W Bi
t ng c có h s công sut 0,85 và

công sut ta nhit trên dây qun ng c là 17 W B qua các hao phí khác, cng  dòng

in cc i qua ng c là

VD9 (
H 2012) Mt ng c in xoay chiu hot ng bình thng vi in áp hiu dng

220V, cng  dòng in hiu dng 0,5 A và h s công sut ca ng c là 0,8 Bi
t rng

công sut hao phí ca ng c là 11 W Hiu sut ca ng c (t+ s gi#a công sut h#u ích và

công sut tiêu th toàn phn) là

VD10 Mt ng c in không ng b sinh ra công c hc gp 80 ln nhit lng ta ra trên

máy Hiu sut ca ng c là

HD H =

Q Q

Q Q

6

VD11 Mt máy phát in xoay chiu 1 pha có 4 c%p cc và rôto quay vi tc  900

vòng/phút Máy phát in xoay chiu th hai có 6 c%p cc phi quay vi tc  bng bao nhiêu

 tn s in áp xoay chiu do hai máy phát ra bng nhau

A 600 vòng/phút B 750 vòng/phút C 1200 vòng/phút D.300 vòng/phút

HD f =

60

' ' 60

p n np

VD12 Mt ng c in xoay chiu có in tr dây cun là 32 Ω, khi mc vào mch có in

áp hiu dng 200 V thì sn ra công sut 43 W Bi
t h s công sut là 0,9 Tính cng  dòng

in chy qua ng c

HD

Ta có: I2r + P = UIcosϕ
32I2 - 180I + 43 = 0
hai nghim I1 = 43

8 A ho%c I2 = 0,25 A

(I1 loi vì công sut hao phí quá ln, không phù hp thc t
)

VD13 Mt ng c in xoay chiu khi hot ng bình thng vi in áp hiu dng 220 V

thì sinh ra công sut c hc là 170 W Bi
t ng c có h s công sut 0,85 và công sut ta

nhit trên dây qun ng c là 17 W B qua các hao phí khác Tính cng  dòng in cc

i qua ng c

HD Ta có: Ptp = Pci + Php = 187 W; Ptp = UIcosϕ
I =U cos ϕ

Ptp

= 1 A; I0 = I 2= 2 A

VD14 (
H 2010) Trong gi hc thc hành, hc sinh mc ni ti
p mt qut in xoay chiu vi

in tr R ri mc hai u on mch này vào in áp xoay chiu có giá tr hiu dng 380 V

Bi
t qut in này có các giá tr nh mc: 220 V - 88 W và khi hot ng úng công sut nh

mc thì  lch pha gi#a in áp  hai u qut và cng  dòng in qua nó là ,, vi cos,

= 0,8 ∃ qut in này chy úng công sut nh mc thì R bng

L

Z

Z − = 712,7

R = 360,7 − => ∃áp án B

VD15 (
H 2010) Ni hai cc ca mt máy phát in xoay chiu mt pha vào hai u on

mch AB gm in tr thun R mc ni ti
p vi cun cm thun B qua in tr các cun dây

ca máy phát Khi rôto ca máy quay u vi tc  n vòng/phút thì cng  hiu dng trong

on mch là 1 A Khi rôto ca máy quay u vi tc  3n vòng/phút thì cng  hiu dng

trong on mch là 3A N
u rôto ca máy quay u vi tc  2n vòng/phút thì cm kháng ca

on mch AB là

2 nNBSπ

;

U2 = E2 =

2 60

6 nNBSπ

= 3U2; I1 =

2 1 2 1

L

Z R

9

3

L

Z R

2 1 2

9 L

L

Z R

Z R

+ +

VD16 Ni hai cc ca mt máy phát in xoay chiu mt pha vào hai u on mch AB gm

in tr thun R mc ni ti
p vi cun cm thun B qua in tr các cun dây ca máy phát

Khi rôto ca máy quay u vi tc  n vòng/phút thì cng  dòng in hiu dng trong on

mch là 1 A Khi rôto ca máy quay u vi tc  3n vòng/phút thì cng  dòng in hiu

dng trong on mch là 3A Tính cm kháng ca on mch AB theo R n
u rôto ca máy

quay u vi tc  2n vòng/phút

∃in áp hiu dng %t vào 2 u on mch: U = E =

L

Z R

L

Z R

U

1 2

U

1 2

2 1 2

9 L

L

Z R

Z R

e2 c coi nh ngun phát: e2 = u2 + i2.r2
1 1 1 1 1

2 2 2 2 2

.

+ Công sut ca máy bi
n th
: - Công sut ca cun s cp: P1 = U1I1cosϕ1

- Công sut ca cun th cp: P2 = U2I2cosϕ2

+ Hiu sut ca máy bi
n th
: 2 2 2 2

1 1 1 1

U I cos H

U I cos

ϕ ϕ

VD1 (TN 2009) Mt máy bi
n áp lí tng có cun s cp gm 1000 vòng, cun th cp

gm 50 vòng ∃in áp hiu dng gi#a hai u cun s cp là 220 V B qua hao phí ∃in áp

hiu dng gi#a hai u cun th cp  h là

VD2 (TN 2011) Cun s cp và cun th cp ca mt máy bi
n áp lí tng có s vòng dây

ln lt là N1 và N2 Bi
t N1 = 10N2 ∃%t vào hai u cun s cp mt in áp xoay chiu u =

U0cosωt thì in áp hiu dng hai u cun th cp  h là

0 2

2 U N

VD3 (C
2009) Mt máy bi
n áp lí tng có cun s cp gm 2400 vòng dây, cun th

cp gm 800 vòng dây Ni hai u cun s cp vi in áp xoay chiu có giá tr hiu dng

210 V ∃in áp hiu dng gi#a hai u cun th cp khi bi
n áp hot ng không ti là

VD4 Mt máy bi
n áp có s vòng dây trên cun s cp và s vòng dây ca cun th cp là

2000 vòng và 500 vòng ∃in áp hiu dng và cng  hin dng  mch th cp là 50 V và

6 A Xác nh in áp hiu dng và cng  hiu dng  mch s cp

I

I =

2 1

N

N I2 = 1,5 A

120 vòng ∃in tr thun ca các cun dây không áng k Ni hai u cun s cp vi in

áp xoay chiu có giá tr hiu dng 380 V

a) Tính in áp  hai u cun th cp

b) Ni 2 u cun th cp vi bóng èn có in tr 100 Ω Tính cng  dòng in hiu

dng chy trong cun s cp B qua hao phí  máy bi
n áp

sut hao phí trên ng dây ti in 100 ln, vi iu kin công sut truyn 
n ti tiêu th

in áp gi#a hai cc ca trm phát in Coi cng  dòng in trong mch luôn cùng pha

U là in áp  ni cung cp (u0

Cosϕ=1 là h s công sut ca dây ti in

∃ gim in áp trên ng dây ti in: ∆U = IR

Ta có:

2 0 2 0

0

p R Up

.

p R U

p

L!p t+ s

2 2

2 2 0

10

VD7 (
H 2010) ∃%t vào hai u cun s cp ca mt máy bi
n áp lí tng mt in áp

xoay chiu có giá tr hiu dng không i thì in áp hiu dng gi#a hai u cun th cp 

h là 100 V cun th cp, n
u gim bt n vòng dây thì in áp hiu dng gi#a hai u  h

th cp thì in áp hiu dng gi#a hai u  h ca cun này bng

2 100

N

N N

2

N

N

U1 = 2U2 = 200 V => ∃áp án B

VD8 (
H 2011) Mt hc sinh qun mt máy bi
n áp vi d nh s vòng dây ca cun s

cp gp hai ln s vòng dây ca cun th cp Do s sut nên cun th cp b thi
u mt s

vòng dây Mun xác nh s vòng dây thi
u  qun ti
p thêm vào cun th cp cho , hc

sinh này %t vào hai u cun s cp mt in áp xoay chiu có giá tr hiu dng không i,

ri dùng vôn k
xác nh t+ s in áp  cun th cp  h và cun s cp Lúc u t+ s in

áp bng 0,43 Sau khi qun thêm vào cun th cp 24 vòng dây thì t+ s in áp bng 0,45 B

qua mi hao phí trong máy bi
n áp ∃ c máy bi
n áp úng nh d nh, hc sinh này phi

ti
p tc qun thêm vào cun th cp

A 40 vòng dây B 84 vòng dây C 100 vòng dây D 60 vòng dây

45 , 0

11

BÀI TOÁN 3: HAO PHÍ – TRUYN TI
IN NNG
I XA PHNG PHÁP

+ Gi s in áp và cng  dòng in luôn luôn cùng pha Tc là cosϕ = 1

+ Công sut hao phí trên ng dây là: )P = I2.R =

2

2

P R

U Ho%c Php = rI2 = r(

(R, r là in tr ca dây d∋n)

P là công sut nhà máy phát in (P = PA); U hiu sut  hai u dây (U = U’A)

+ Hiu sut ti in: B A

VD1 (TN 2010) Khi truyn i mt công sut 20 MW trên ng dây ti in 500 kV mà

ng dây ti in có in tr 20 Ω thì công sut hao phí là

VD2 Mt nhà máy phát in phát i vi công sut 60 kW, in áp 6000 V, 
n ni tiêu th

in áp còn 5000 V Coi dây ti in là thun in tr ∃in tr ca dây ti in là

(vi n > 1),  ni phát in ngi ta s dng mt máy bi
n áp (lí tng) có t+ s gi#a s

vòng dây ca cun s cp và s vòng dây ca cun th cp là

2 )

N N

in tr R = 30 Ω Bi
t in áp  hai u cun s cp và th cp ca máy h áp ln lt là

2200 V và 220 V, cng  dòng in chy trong cun th cp ca máy h áp là 100 A B

truyn ti in Coi h s công sut bng 1

in áp U: dùng máy bi
n áp  a in áp  nhà máy phát in lên cao ri ti i

ng dây cao áp Gn 
n ni tiêu th li dùng máy bi
n áp h áp  gim in áp. .. in áp cng  dòng in máy bi
n áp

Vi máy bi
n áp làm vic iu kin lí tng (hiu sut gn 100%):

* Công dng ca máy bin áp

+ Dùng  thay i in áp ca...  thay i in áp ca dòng in xoay chiu

+ S dng máy hàn in, nu chy kim loi

2 Máy phát in xoay chiu

* Máy phát in xoay chiu pha

+ Các