ậiỷn nẽng truyÒn tời ệi xa thđêng bỡ tiếu hao
ệịng kÓ, chự yạu do toờ nhiỷt trến ệđêng dẹy. Gải R lộ ệiỷn trẻ ệđêng dẹy,P lộ cềng suÊt truyÒn ệi, U là điện áp ở nơi phát, cosϕ là hệ số công suất của mạch điện thì công suất hao phí trên dây là :
(32.6) Công thức trên chứng tỏ rằng, với cùng một công suÊt vộ mét ệiỷn ịp truyÒn ệi, vắi ệiỷn trẻ ệđêng dây xác định, mạch có hệ số công suất lớn thì công suÊt hao phÝ nhá.
Đối với một hệ thống truyền tải điện năng với cosϕvà P xác định, có hai cách giảm ΔP.
Cịch thụ nhÊt : giờm ệiỷn trẻR cựa ệđêng dẹy.
Đây là cách làm tốn kém vì phải tăng tiết diện của dây, do đó tốn nhiều kim loại làm dây và phải tăng sức chịu đựng của các cột điện.
Cách thứ hai :tăng điện áp Uở nơi phát điện và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cần thiết.
Cách này có thể thực hiện đơn giản bằng máy biến
ịp, do ệã ệđĩc ịp dông réng rởi.
P 2 ΔP = R
(Ucosϕ)2 ΔP =RI2
Hiệu suất truyền tải điện năng
ệđĩc ệo bỪng tử sè giọa cềng suÊt
ệiỷn nhẺn ệđĩc ẻ nểi tiếu thô vộ công suất điện truyền đi ở nơi phát
điện.
Điện áp ở đầu ra của nhà máy điện thđêng vộo khoờng 10 ọ 25 kV.
Trđắc khi truyÒn tời ệiỷn nẽng ệi xa,
ệiỷn ịp thđêng ệđĩc tẽng ệạn giị trỡ trong khoảng 110 ữ 500 kV bằng máy tăng áp. ở gần nơi tiêu thụ, ngđêi ta dỉng cịc mịy hỰ ịp ệÓ giảm điện áp xuống các mức phù hĩp vắi ệđêng dẹy tời ệiỷn cựa ệỡa phđểng vộ yếu cẵu sỏ dông. Mục cuối cùng dùng trong các gia đình, công sở là 220 V (Hình 32.3).
Hình 32.3Một sơ đồ truyền tải và phân phối điện năng.
1. Nếu ệẳc ệiÓm cựa sù biạn ệữi ệiỷn ịp vộ cđêng ệé dưng ệiỷn qua mịy biạn ịp.
2. Nêu các cách chủ yếu làm giảm điện năng hao phí : a) Trong máy biến áp.
b) Trong truyền tải điện năng đi xa.
1. Một máy biến áp có cuộn thứ cấp mắc với một điện trở thuần, cuộn sơ cấp mắc với nguồn điện xoay chiều. Điện trở của các cuộn dây và hao phí điện năng ở máy không đáng kể. Nếu tăng trị số của điện trở mắc với cuộn thứ cấp lên hai lần thì
A. cđêng ệé hiỷu dông cựa dưng ệiỷn chỰy trong cuén thụ cÊp giờm hai lẵn, trong cuén sể cÊp không đổi.
B. điện áp ở hai đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp đều tăng hai lần.
C. suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp tăng hai lần, trong cuộn sơ cấp không đổi.
D. công suất tiêu thụ điện ở mạch sơ cấp và thứ cấp đều giảm hai lần.
2. Tìm phát biểu sai.
Trong quá trình truyền tải điện năng đi xa, công suất hao phí A. tỉ lệ với thời gian truyền điện.
B. tử lỷ vắi chiÒu dội ệđêng dẹy tời ệiỷn.
C. tử lỷ nghỡch vắi bừnh phđểng ệiỷn ịp giọa hai ệẵu dẹy ẻ trỰm phịt ệiỷn.
D. tử lỷ vắi bừnh phđểng cềng suÊt truyÒn ệi.
3. Cuén sể cÊp cựa mét mịy biạn ịp ệđĩc nèi vắi mỰng ệiỷn xoay chiÒu cã ệiỷn ịp 380 V. Cuén thụ cÊp cã dưng ệiỷn cđêng ệé 1,5 A chỰy qua vộ cã ệiỷn ịp giọa hai ệẵu dẹy lộ 12 V. Biạt sè vưng dẹy cựa cuén thụ cÊp lộ 30. TÝnh sè vưng dẹy cựa cuén sể cÊp vộ cđêng ệé dưng ệiỷn chỰy qua nó. Bỏ qua hao phí điện năng trong máy.
4. ậiỷn nẽng ẻ mét trỰm phịt ệiỷn ệđĩc truyÒn ệi dđắi ệiỷn ịp 2 kV vộ cềng suÊt truyÒn ệi 200 kW.
Hiệu số chỉ của các công tơ điện ở trạm phát và ở nơi thu sau mỗi ngày đêm lệch nhau thêm 480 kW.h.
a) TÝnh cềng suÊt ệiỷn hao phÝ trến ệđêng dẹy tời ệiỷn.
b) Cẵn tẽng ệiỷn ịp ẻ trỰm phịt ệạn giị trỡ nộo ệÓ ệiỷn nẽng hao phÝ trến ệđêng dẹy chử bỪng 2,5 % điện năng truyền đi ? Coi công suất truyền đi ở trạm phát điện không đổi.
bài tập c©u hái
Bài tập 1
Đoạn mạch ABvẽ ở Hình 33.1 gồm một biến trở và một tụ điện có điện dung C = 61,3 μF mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu A, Bmột điện áp xoay chiÒu u= 120cos100πt (V).
1. Điều chỉnh cho điện trở của biến trở có giá trị R1= 30 Ω.
a) Tính tổng trở của đoạn mạch.
b) Viạt biÓu thục cựa cđêng ệé dưng ệiỷn tục thêi trong ệoỰn mỰch.
2. Cần điều chỉnh cho điện trở của biến trở đến giá trị nào để công suất trên biến trở đạt cực đại ? Tính giá trị cực đại đó.
Bài giải
1. a) Dung kháng của tụ điện là :
Đoạn mạch gồm điện trở thuần và tụ điện mắc nối tiếp nên có tổng trở :
b) Dòng điện biến đổi với tần số góc bằng tần số góc của điện áp, đó là ω=100π(rad/s). Do đó,
ệÓ viạt biÓu thụci(t) cựa cđêng ệé dưng ệiỷn, ta cưn phời từm biến ệé cựa cđêng ệé dưng ệiỷn I0vộ
độ lệch pha ϕcủa uđối với i.
2 A.
tanϕ= do đó ϕ ≈ −
BiÓu thục cựa cđêng ệé dưng ệiỷn lộ :
i = I0cos(100πt −ϕ)= 2 cos(100πt + (A)
2. Trđắc hạt, ta lẺp cềng thục tÝnh cềng suÊt tiếu thô ệiỷn trến biạn trẻ theo ệiỷn trẻ Rcựa biạn trẻ :
2 2
2 2
C
RI R U
R Z
= =
P +
π) 3 π.
3
−ZC ≈ −1,73≈ − 3, R
0 0
I U
= Z ≈
2 2
1 C 60
Z = R + Z ≈ Ω ZC = 1
ωC ≈ 52 Ω.
b ài tập về dòng điện xoay chiÒu
33 33
H×nh 33.1
P
Có thể biến đổi :
Vừ Rvộ lộ cịc sè dđểng nến cã thÓ ịp dông bÊt ệỬng thục Cề-si :
ậỬng thục xờy ra khi R= ZC ≈52 Ω. Thay vộo cềng thục tÝnh cềng suÊt, ta từm ệđĩc cềng suÊt cực đại trên biến trở :
≈69 W
Bài tập 2
Một đoạn mạch điện AB gồm một điện trở thuần R= 100 Ω, một cuộn cảm thuần và một tụ
điện mắc nối tiếp (Hình 33.2). Biết điện áp hiệu dụng giữa hai đầu điện trở, cuộn cảm, tụ điện
lẵn lđĩt lộ UR= 50 V ; UL= 50 V ; UC = 87,5 V ; tẵn sè dưng ệiỷn lộ 50 Hz.
a) Tính độ tự cảm của cuộn cảm và điện dung của tụ điện.
b) Tính tổng trở của đoạn mạch AB và điện áp hiệu dụng UAB.
c) Vẽ giản đồ Fre-nen. Căn cứ vào giản đồ để : tìm độ lệch pha của điện áp giữa hai điểm Avà Nso với với điện áp giữa hai điểm Mvà B ; tìm lại UAB.
Bài giải
a) Vì nên :
−Cảm kháng : ;
−Độ tự cảm :L= ≈ 0,318 H.
Tđểng tù, ta cã :
−Dung kháng : C C ;
R
U 175
Z R
= U = Ω
ZL
ω
L L
R
U 100
Z R
= U = Ω
R L
L
U U
I = R = Z
= 2
max
2 C
U Z
2 C
2 C
R Z Z
R
⎛ ⎞
+ ≥
⎜ ⎟
⎝ ⎠
2
ZC
R
2 2 C
U R Z
R
= + P
H×nh 33.2
P
P
− Điện dung của tụ điện : ≈ 18,2 μF.
b) Vì ABlà đoạn mạch RLCnối tiếp, nên có tổng trở :
= 125 Ω
= 62,5 V c) Giản đồ Fre-nen vẽ nhð Hình 33.3, trong đó :
Xét tam giác vuông OSPcóOP= UR, SP= UL, ta có :
;
Góc tạo bởi hai vectơ và là ϕ1 +
Vectể lẺp vắi vectể mét gãc theo chiÒu dđểng. VẺy ệiỷn ịp giọa A vộ N
Bài tập 3
Một đoạn mạch chứa hai trong ba phần tử : tụ điện, điện trở thuần, cuộn cảm thuần mớc nèi tiạp. Biạt ệiỷn ịp giọa hai ệẵu ệoỰn mỰch vộ cđêng ệé dưng ệiỷn qua nã lẵn lđĩt cã biÓu thục :
u= 60cos100πt(V)
i= (A)
a) Hỏi trong đoạn mạch có các phần tử nào ? Tính dung kháng, cảm kháng hoặc
ệiỷn trẻ tđểng ụng vắi mẫi phẵn tỏ ệã.
b) Tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch.
Bài giải
a) Trđắc hạt, cẵn từm ệé lỷch pha cựa ệiỷn ịp so vắi cđêng ệé dưng ệiỷn. Muèn vẺy, ta biạn ệữi biÓu thục cựa cđêng ệé dưng ệiỷn :
0, 5sin 100 t 6π
⎛ π + ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠
= 2 + 2 = 2 + − 2 = 2 + − 2 =
AB ( ) ( ) R ( L C) 50 (50 87,5) 62,5 V
U OP OQ U U U
3 4 JG π
UMB
JG UAN
π π
= 3 .
2 4
JG UAN
JG UMB
ϕ1 = π
= 4
L R
U 1
1 U tanϕ =
= +
JG JG JG
L C
UMB U U
= +
JG JG JG
AN R L
U U U
AB
50.125 U = IZ = 100
= 2 +( L − C)2
Z R Z Z
C
C 1 ωZ
=
H×nh 33.3
sớm pha 3 so với điện áp giữa Mvà B.
4 π
i= (A)
So sịnh cịc biÓu thục cựa uvộ i, ta thÊy ệiỷn ịp sắm pha mét gãc ϕ= so vắi cđêng ệé dưng
điện. Đoạn mạch có tính cảm kháng nên gồm cuộn cảm thuần và điện trở thuần mắc nối tiếp.
Từ giả thiết ta có : U0= 60 V, I0= 0,5 A. Từ đó, suy ra các giá trị hiệu dụng :
U= (V) ; I= (A)
Theo định luật Ôm, tổng trở của đoạn mạch là .
Gải ZLlộ cờm khịng cựa cuén cờm, Rlộ ệiỷn trẻ, ta cã hỷ phđểng trừnh sau :
= 120 Ω
=
Giời hỷ phđểng trừnh, ta ệđĩc : R= 60 Ω, ZL= 60 Ω ≈ 104 Ω.
b) Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là :
P = UIcosϕ= = 7,5 W
Bài tập 4
Một khung dây dẫn phẳng gồm 50 vòng dây, mỗi vòng có diện tích 400 cm2đặt trong mét tõ trđêng ệÒu cã cờm ụng tõ bỪng 0,05 T. Lóc t= 0 phịp tuyạn cựa khung dẹy cã cỉng hđắng vắi vectể cờm ụng tõ. Cho khung dẹy quay vắi tèc ệé khềng ệữi 600 vưng/phót. Trôc quay cựa khung vuềng gãc vắi cịc ệđêng sục tõ.
a) Viết biểu thức của từ thông qua mỗi vòng dây theo thời gian.
b) Lập biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời trong khung dây. Lấy π= 3,14.
c) Nối hai đầu khung dây với điện trở thuần R = 40 Ω. Điện trở của khung dây khềng ệịng kÓ. TÝnh cđêng ệé hiỷu dông cựa dưng ệiỷn qua ệiỷn trẻ.
Bài giải
a) Theo giả thiết, diện tích vòng dây S= 400 cm2= 4.10−2m2, số vòng dâyN= 50 vòng, cảm ứng 60 0, 5
. . cos 2 2 3
π 3 ZL 3 tanϕ=
R
2 2
Z = R +ZL
U 120 Z = I = Ω
0 0, 5
2 2
I =
0 60
2 2
U =
3 π
0, 5sin 100 0, 5cos 100 0, 5cos 100
6 6 2 3
t π t π π t π
⎛ π + ⎞= ⎛ π + − ⎞ = ⎛ π − ⎞
⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
từ B= 0,05 T = 5.10−2T, tốc độ quay của rôto n= 600 vòng/phút = 10 vòng/s.
Vào thời điểm t, góc giữa pháp tuyến khung dây và cảm ứng từ là α= 2πnt, do đó từ thông qua một vòng dây là :
Φ1= BScosα= BScos2πnt= 5.10−2. 4.10−2cos2π.10t= 2.10−3cos20πt(Wb) b) Vì khung dây có Nvòng giống nhau nên trong khung có suất điện động :
= NBS2πnsin2πnt Thay sè, ta cã : e= 6,28sin20πt(V).
c) Suất điện động hiệu dụng là : E= = ≈4,4 V.
Cđêng ệé hiỷu dông lộ : I= ≈0,11 A.
Bài tập 5
Mét ệđêng dẹy tời ệiỷn xoay chiÒu mét pha ệạn nểi tiếu thô ẻ xa 3 km. Giờ thiạt dây dẫn làm bằng nhôm có điện trở suất ρ = 2,5.10−8 Ω.m và có tiết diện 0,5 cm2. ậiỷn ịp vộ cềng suÊt truyÒn ệi ẻ trỰm phịt ệiỷn lẵn lđĩt lộ U = 6 kV, P = 540 kW. Hệ số công suất của mạch điện là cosϕ= 0,9. Hãy tìm công suất hao phÝ trến ệđêng dẹy vộ hiỷu suÊt truyÒn tời ệiỷn nẽng.
Bài giải
Dây tải điện có chiều dài tổng cộng là l= 6 km = 6 000 m nên có điện trở :
= 2,5.10 −8
. = 3 Ω
Cđêng ệé dưng ệiỷn trến dẹy : = 100 A.
Công suất hao phí trên dây : ΔP = RI2= 30 kW.
Hiệu suất truyền tải điện năng là : Η=P − ΔP ≈ 94,4 %.
P I= P
Ucosϕ
3 4
6.10 0, 5.10− R l
ρS
= E R
6, 28 2
0
2 E
= − dΦ1 e N d
t
Bài Đọc thêm
sản xuất điện
Hiỷn nay, viỷc sờn xuÊt ệiỷn ệđĩc thùc hiỷn bẻi nhiÒu loỰi nhộ mịy ệiỷn, trong ệã cể nẽng vẺn hộnh mịy phịt ệiỷn ệđĩc lÊy tõ nhiÒu nguăn nẽng lđĩng khịc nhau.
Trong cịc nhộ mịy nhiỷt ệiỷn, cể nẽng ệđĩc cung cÊp bẻi cịc ệéng cể nhiỷt nhđ tuabin hểi nđắc, tuabin khÝ hoẳc cịc ệéng cể ệèt trong. Nhiến liỷu dỉng lộ than, khÝ ệèt, dẵu.
Than ệị ệđĩc nghiÒn nhá, phun thộnh bôi vộo lư ệÓ chịy ệđĩc hẵu hạt. Hểi nđắc ệđĩc tỰo thộnh ẻ nhiỷt ệé vộ ịp suÊt cao dỉng lộm quay tuabin hểi nđắc, tuabin lỰi lộm quay rềto cựa mịy phịt ệiỷn. Dưng ệiỷn trđắc khi ệđa lến ệđêng dẹy cao thạ ệđĩc tẽng ệiỷn ịp bỪng máy biến áp.
Nạu nhiỷt lđĩng ệun nãng cịc lư hểi ệđĩc lÊy tõ cịc lư phờn ụng hỰt nhẹn cựa nhộ mịy thừ ta gải ệã lộ nhộ mịy ệiỷn nguyến tỏ. Phịt triÓn loỰi nhộ mịy nộy sỳ khớc phôc ệđĩc viỷc thiạu cịc nhiến liỷu thềng thđêng, nhđng phời giời quyạt cịc vÊn ệÒ phục tỰp, ệã lộ sù an toộn vộ xỏ lÝ phạ thời ệÓ bờo vỷ mềi trđêng. Mét nhộ mịy ệiỷn nguyến tỏ cềng suÊt 1 000 MW trung bình một năm thải ra 800 tấn chất phóng xạ có hoạt độ phóng xạ thấp và 30 tấn vật liệu đã
cháy có hoạt độ cao, khó phân huỷ.
Trong cịc nhộ mịy thuũ ệiỷn, nđắc chờy tõ mét ệé cao cựa hă chụa nđắc lộm quay tuabin nđắc, vẺn hộnh mịy phịt ệiỷn. Nhđ vẺy, thạ nẽng cựa nđắc trong hă chụa ệở chuyÓn thộnh
điện năng.
Nhộ mịy thuũ ệiỷn chử cã thÓ xẹy dùng ẻ nểi cã trọ lđĩng nđắc lắn vộ cã ệỡa thạ thÝch hĩp ệÓ tỰo hă chụa nđắc. Cịc nhộ mịy thuũ ệiỷn khềng chử lộm nhiỷm vô sờn xuÊt ệiỷn nẽng mộ cưn cã cịc nhiỷm vô khịc nhđ chèng lò, chèng hỰn, ệờm bờo tđắi tiếu cho cịc vùng nông nghiệp.
Ngoài nhà máy thuỷ điện còn có các nhà máy điện chạy bằng sức gió, chạy bằng năng lđĩng mẳt trêi, chỰy bỪng nhiỷt lÊy tõ lưng ệÊt, chỰy bỪng nẽng lđĩng sãng biÓn..., gải chung lộ nẽng lđĩng tịi tỰo. Tuy thiạt bỡ cựa nhộ mịy ệớt hoẳc viỷc xẹy dùng tèn kĐm, nhđng cịc loỰi nhộ mịy nộy ệang ệđĩc nhiÒu nđắc quan tẹm, vừ đu thạ nữi bẺt cựa chóng lộ khềng sỏ dông nhiến liỷu vộ khềng gẹy ề nhiÔm mềi trđêng.
1. Mục đích
HiÓu ệđĩc hai phđểng ịn khờo sịt mỰch xoay chiÒu bỪng thùc nghiỷm, hiÓu ý nghỵa thùc tạ cựa nhọng ệỰi lđĩng cể bờn lộ trẻ khịng, sù lỷch pha, hiỷn tđĩng céng hđẻng ệiỷn.
Dỉng ệđĩc dao ệéng kÝ ệiỷn tỏ, mịy phịt ẹm tẵn vộ cịc dông cô ệo thềng thđêng
để làm thực nghiệm, liên hệ giữa các phép đo cụ thể với việc vẽ giản đồ Fre-nen.
Bằng thực nghiệm, củng cố kiến thức về dao động điện từ, kĩ năng lựa chọn phđểng ịn vộ sỏ dông dông cô ệo.
2. Cơ sở lí thuyết
Tác dụng đặc biệt của tụ điện và cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều khác với trong mạch điện một chiều. ýnghĩa của trở kháng.
Công thức tính trở kháng, tổng trở và độ lệch pha của mạch điện xoay chiều :
ậiÒu kiỷn céng hđẻng trong mỰch dao ệéng ệiỷn :
Khi céng hđẻng, biến ệé dao ệéng ệỰt giị trỡ cùc ệỰi. Giị trỡ cùc ệỰi phô thuéc vào độ lớn của điện trở thuần Rtrong mạch.
BiÓu diÔn cịc ệỰi lđĩng bỪng giờn ệă Fre-nen.