Máy biến áp & truyền tải điện năng máy phát điện và động cơ điện

MÁY BIẾN ÁP & TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

PHẦN 1: Máy biến áp & Truyền tải điện năng

I.Tóm tắt lý thuyết:

1. Máy biến áp:

Mạch thứ cấp không tải: \(\frac{U_{2}}{U_{1}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}\)( N₂<N_{1 :} giảm áp , N₂>N_{1 :} tăng áp )

Mạch thứ cấp có tải:  (lí tưởng: \(\frac{U_{2}}{U_{1}}=\frac{E_{2}}{E_{1}}=\frac{I_{1}}{I_{2}}=\frac{N_{2}}{N_{1}}\))

Trong đó:

U₁(là điện áp hiệu dụng); E₁ (suất điện động hiệu dụng); I₁ (cường độ hiệu dụng); N₁ (số vòng dây): của cuộn sơ cấp

U₂ ( là điện áp hiệu dụng); E₂ (suất điện động hiệu dụng); I₂ (cường độ hiệu dụng); N₂ ( số vòng dây): của cuộn thứ cấp

Hiệu suất của máy biến áp : H =  \(\frac{P_{thucap}}{P_{socap}}=\frac{U_{2}.I_{2}.cos\varphi _{2}}{U_{1}.I_{1}.cos\varphi _{1}}\)

Trong đó: cosφ₁ và cosφ₂ : là hệ số công suất của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

   (Hiệu suất của máy biến áp thường rất cao trên 95% )

2.Truyền tải điện năng:

Công suất hao phí trên đường dây tải điện: P_hp = \(r\frac{{P_{phat}}^{2}}{{U_{phat}}^{2}}\)  

   P_Phát , U_Phát : là c/suất & HĐT nơi phát; Nếu coφ < 1 thì :  P_hp = \(\Delta P=\frac{P^{2}}{U^{2}cos^{2}\varphi }r\)

  -Khi tăng U lên n lần thì công suất hao phí P_hp giảm đi n² lần.     

 Độ giảm thế trên dây dẫn: ∆ U = R.I = \(U_{1}-U_{2}=\sqrt{\Delta P.R}\)   

     Với:  r ( hayR_d): (\(R_{d}=\rho \frac{l}{S}\))  là điện trở tổng cộng của dây tải điện (lưu ý: dẫn điện bằng 2 dây)

           ρ: điện trở suất đv: Ω.m; l:chiều dài dây dẫn đv: m;S: tiết diện dây dẫn : đv: m²

          I : Cường độ dòng điện trên dây tải điện

          P :  là công suất truyền đi ở nơi cung cấp; U:  là điện áp ở nơi cung cấp

          cosφ là hệ số công suất của dây tải điện

Hiệu suất tải điện: \(H=\frac{P_{2}}{P_{1}}=\frac{P_{1}-\Delta P}{P_{1}}\)  %.  

Với: P₁ : Công suất truyền đi.         

P₂ : Công suất nhận được nơi tiêu thụ .            

∆P : Công suất hao phí

- Phần trăm công suất bị mất mát trên đường dây tải điện: \(\frac{\Delta P}{P}.100\)  đv: %

II.Bài tập :

A.MÁY BIẾN ÁP

1.Các ví dụ:

Ví dụ 1: Một máy biến áp lí tưởng  có hai cuộn dây lần lượt là 10000vòng và 200vòng.

a) Muốn tăng áp thì cuộn nào là cuộn sơ cấp ?Nếu đặt vào cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng U₁=220V thì điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp bằng bao nhiêu?                                        

b)Cuộn nào có tiết diện lớn

Ví dụ 2: Một máy biến áp gồm có cuộn sơ cấp 300 vòng, cuộn thứ cấp 1500 vòng. Mắc cuộn sơ cấp vào một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V.

a, Tính điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp.

b, Cho hiệu suất của máy biến áp là 1 (không hao phí năng lượng). Tính cường độ hiệu dụng ở cuộn thứ cấp, nếu cường độ hiệu dụng ở cuộn sơ cấp là I₁=2A.

Ví dụ 3: Một máy biến thế có cuộn sơ cấp 1000 vòng dây được mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220V. Khi đó  điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 484V. Bỏ qua hao phí của máy. Số vòng dây cuộn thứ cấp là

     A. 1100vòng                     B. 2000vòng                       C. 2200 vòng                  D. 2500 vòng

Ví dụ 4: Một máy biến áp một pha có số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là 2000 vòng và 100 vòng. Điện áp và cường độ hiệu dụng ở mạch sơ cấp là 120V – 0,8A. Bỏ qua mất mát điện năng thì điện áp hiệu dụng và công suất ở mạch thứ cấp là:

A. 6V – 96W.                        B. 240V – 96W.                C. 6V – 4,8W.                   D. 120V – 4,8W.

Ví dụ 5:  Cuộn thứ cấp của máy biến thế có 1000vòng. Từ thông xoay chiều trong lõi biến thế có tần số 50Hz và giá trị cực đại 0,5mWb. Suất điện động hiệu dụng của cuộn thứ cấp là:       

A. 111V.                                 B. 157V.                            C. 500V.                            D. 353,6V.

Ví dụ 6:  Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp một hiệu điện thế xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100V. Cuộn sơ cấp có 2000 vòng, cuộn thứ cấp có 4000 vòng.

1. Tính điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở (giả thiết bỏ qua điện trở hoạt động R của cuộn sơ cấp).

2. Khi dùng vôn kế (có điện trở vô cùng lớn) để đo hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở, người ta thấy vôn kế chỉ 199V. So sánh kết quả này với giá trị ở câu 1 và giải thích tại sao? Hãy xác định tỉ số giữa cảm kháng Z_L của cuộn sơ cấp và điện trở hoạt động của nó.

Ví dụ 7:  Một máy biến thế dùng trong máy thu vô tuyến có cuộn sớ cấp gồm 1000 vòng, mắc vào mạng điện 127V và ba cuộn thứ cấp để lấy ra các hiệu điện thế 6,35V; 15V; 18,5V. Số vòng dây của mỗi cuộn thứ cấp lần lượt là:

A. 71vòng, 167vòng, 207vòng                               B 71vòng, 167vòng, 146vòng    

C. 50vòng, 118vòng, 146vòng                               D.71vòng, 118vòng, 207vòng

Ví dụ 8:    Cuộn sơ cấp của máy biến áp mắc qua ampe kế vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 100V thì ampe kế chỉ 0.0125A. Biết cuộn thứ cấp mắc vào mạch gồm một nam châm điện có r= 1 ôm và một điện trở R=9 ôm. Tỉ số giữa vòng dây cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp bằng 20. Bỏ qua hao phí. Độ lệch pha giữa cường độ dòng điện và điện áp ở cuộn thứ cấp là?

    A. π/4.                         B. -π/4.                              C. π/2.                              D. π/3.

Ví dụ 9:   Một máy tăng áp có tỷ lệ số vòng ở 2 cuộn dây là 0,5. Nếu ta đặt vào 2 đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng là 130V thì điện áp đo được ở 2 đầu cuộn thứ cấp để hở sẽ là 240V. Hãy lập tỷ lệ giữa điện trở thuần r của cuộn sơ cấp và cảm kháng Z_L của cuộn sơ cấp.

A.\(\frac{5}{12}\)                                 B.  \(\frac{1}{12}\)                                 C. \(\frac{1}{\sqrt{168}}\)                         D. \(\frac{13}{24}\) .

Ví dụ 10:   Trong máy biến thế ở hình 2, cuộn sơ cấp có n₁=1320 vòng, hiệu điện thế U₁= 220V, một cuộn thứ cấp có U₂ = 10V, I₂ = 0,5 A; cuộn thứ cấp thứ hai có n₃=36 vòng, I₃=1,2A. Cường độ dòng điện trong cuộn sơ cấp và số vòng trong cuộn thứ cấp thứ nhất là 

A. I₁= 0,023 A; n₂= 60 vòng                        B. I₁=0,055A; n₂=60 vòng                                              

C. I₁ = 0,055A; n₂ = 86 vòng.                       D. I₁ = 0,023A; n₂ = 86 vòng

Ví dụ 11:    Một máy biến thế có số vòng cuộn sơ cấp gấp 10 lần cuộn thứ cấp. Hai đầu cuộn sơ cấp mắc vào nguồn xoay chiều có điện áp hiệu dụng U₁ = 220V. Điện trở của cuộn sơ cấp là r₁ » 0 và cuộn thứ cấp r₂ » 2Ω. Mạch từ khép kín; bỏ qua hao phí do dòng Fuco và bức xạ. Khi hai đầu cuộn thứ cấp mắc với điện trở R = 20Ω thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuôn thứ cấp bằng bao nhiêu?          

A. 18V;                                  B. 22V;                      C. 20V;                      D. 24V.

2.Trắc nghiệm:

Câu 1. Một máy biến thế có hiệu suất xấp xĩ bằng 100%, có số vòng dây cuộn sơ cấp gấp 10 lần số vòng dây cuộn thứ cấp. Máy biến thế này

   A. làm giảm tần số dòng điện ở cuộn sơ cấp 10 lần.                

   B. làm tăng tần số dòng điện ở cuộn sơ cấp 10 lần.

   C. là máy hạ thế.                                                   

   D. là máy tăng thế.

Câu 2. Một máy biến thế có tỉ lệ về số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là 10. Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng là 200 V, thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp là

    A. 10\(\sqrt{2}\) V.                       B. 10 V.                        C. 20\(\sqrt{2}\) V.               D. 20 V.

Câu 3. Một máy biến thế gồm cuộn sơ cấp có 2500 vòng dây, cuộn thứ cấp có 100 vòng dây. Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn sơ cấp là   220 V. Điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn thứ cấp là.:    

    A. 5,5 V.                             B. 8,8 V.                      C. 16 V.                     D. 11 V.

Câu 4. Một máy biến áp có cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 100 vòng. Điện áp và cường độ dòng điện ở mạch sơ cấp là 120V và 0,8A. Điện áp và công suất ở cuộn thứ cấp là: 

  A. 6 V; 96 W.                      B. 240 V; 96 W.           C. 6 V; 4,8 W.           D. 120 V; 48 W.

Câu 5(ĐH–2007): Một máy biến thế có cuộn sơ cấp 1000 vòng dây được mắc vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng 220 V. Khi đó hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 484V. Bỏ qua mọi hao phí của máy biến thế. Số vòng dây của cuộn thứ cấp là  

 A. 2500.                                B. 1100.                        C. 2000.                     D. 2200. 

Câu 6:  Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm 2000 vòng và cuộn thứ cấp gồm 100 vòng. Điện áp và cường độ ở mạch sơ cấp là 220 V; 0,8 A. Điện áp và cường độ dòng điện ở cuộn thứ cấp là

 A. 11 V; 0,04 A.                   B. 1100 V; 0,04 A.       C. 11 V; 16 A.            D. 22 V; 16 A.

Câu 7: Một máy biến thế có số vòng cuộn sơ cấp là 3000 vòng, cuộn thứ cấp 500 vòng, được mắc vào mạng điện xoay chiều tần số 50Hz, khi đó cường độ dòng điện qua cuộn thứ cấp là 12A. Cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp là

A. 1,41 A.                              B. 2,00 A .                     C. 2,83 A.                   D. 72,0 A.

Câu 8: Một máy biến áp , cuộn sơ cấp có 500 vòng dây, cuộn thứ cấp có 50 vòng dây. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn sơ cấp là 100V. Hiệu suất của máy biến áp là 95%. Mạch thứ cấp là một bóng đèn dây tóc tiêu thụ công suất 25W. Điện áp hiệu dụng có hai đầu cuộn thứ cấp là      

A. 100V.                                B. 1000V.                     C. 10V.                        D. 200V.

Câu 9: Một máy biến áp , cuộn sơ cấp có 500 vòng dây, cuộn thứ cấp có 50 vòng dây. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn sơ cấp là 100V. Hiệu suất của máy biến áp là 95%. Mạch thứ cấp là một bóng đèn dây tóc tiêu thụ công suất 25W. Cường độ dòng điện qua đèn bằng:            

A. 25A.                                  B. 2,5A.                        C. 1,5A.                        D. 3A.

Câu 10: Một máy biến áp , cuộn sơ cấp có 500 vòng dây, cuộn thứ cấp có 50 vòng dây. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn sơ cấp là 100V. Hiệu suất của máy biến áp là 95%. Mạch thứ cấp là một bóng đèn dây tóc tiêu thụ công suất 25W. Cường độ dòng điện ở mạch sơ cấp bằng (coi hệ  số công suất trong cuộn sơ cấp bằng 1):  

A. 2,63A.                               B. 0,236A.                    C. 0,623A.                     D. 0,263A.

Câu 11: Một máy biến thế có số vòng cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là 2200 vòng và 120 vòng. Mắc cuộn sơ cấp với mạng điện xoay chiều 220V – 50Hz, khi đó hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là

A. 24V.                                   B. 17V.                        C. 12V.                           D. 8,5V.

Câu 12:  Một máy biến thế có số vòng cuộn sơ cấp là 2200 vòng. Mắc cuộn sơ cấp với mạng điện xoay chiều 220V–50Hz, khi đó hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 6V. Số vòng của cuộn thứ cấp là

A. 85 vòng.                             B. 60 vòng.                 C. 42 vòng.                      D. 30 vòng.

3.Trắc nghiệm nâng cao:

Câu 13: Một máy biến áp lý tưởng có một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp được quấn trên một lỏi thép chung hình khung chữ nhật. Cuộn sơ cấp có N₁ = 1320 vòng dây; cuộn thứ cấp thứ hai có N₃ = 25 vòng dây. Khi mắc vào hai đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U₁ = 220 V thì hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp thứ nhất là U₂ = 10 V; cường độ dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp thứ nhất và thứ hai có giá trị lần lượt là I₂ = 0,5 A và I₃ = 1,2 A. Coi hệ số công suất của mạch điện là 1. Cường độ dòng điện hiệu dụng chạy trong cuộn sơ cấp có giá trị là

A. 1/22 A.                               B. 1/44 A.                     C. 3/16 A.                       D. 2/9 A.

Câu 14: Một máy biến áp lí tưởng có tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ cấp là 2:3. Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ là mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R = 60Ω, tụ điện có điện dung C = \(\frac{10^{-3}}{12\pi \sqrt{3}}F\) . cuộn dây thuần cảm có cảm kháng L = \(\frac{0,6\sqrt{3}}{\pi }H\) , cuộn sơ cấp nối với điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 120V và tần số 50Hz. Công suất toả nhiệt trên tải tiêu thụ là       

A. 180W.                                B. 135W.                       C. 26,7W.                        D. 90W

Câu 15.Cuộn thứ cấp của máy biến áp có 1500 vòng và dòng điện có f = 50Hz. Giá trị cực đại của từ thông trong lõi thép là 0,6 Wb. Chọn pha ban đầu bằng không. Biểu thức của suất điện động trong cuộn thứ cấp là:

A.\(e=200cos100\pi t\) (V).                      B.\(e=200cos(100\pi t-\frac{\pi }{2})\)(V).

C. \(e=200\sqrt{2}cos100\pi t\) (V).               D. \(e=200\sqrt{2}cos(100\pi t-\frac{\pi }{4})\)(V).

Câu 16(ĐH-2010): Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của một máy biến áp lí tưởng (bỏ qua hao phí) một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là 100 V. Ở cuộn thứ cấp, nếu giảm bớt n vòng dây thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu để hở của nó là U, nếu tăng thêm n vòng dây thì điện áp đó là 2U. Nếu tăng thêm 3n vòng dây ở cuộn thứ cấp thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu để hở của cuộn này bằng

A. 100 V.                  B. 200 V.                      C. 220 V.                    D. 110 V.

Câu 17(ĐH-2011): Một học sinh quấn một máy biến áp với dự định số vòng dây của cuộn sơ cấp gấp hai lần số vòng dây của cuộn thứ cấp. Do sơ suất nên cuộn thứ cấp bị thiếu một số vòng dây. Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp thêm vào cuộn thứ cấp cho đủ, học sinh này đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dung không đổi, rồi dùng vôn kế xác định tỉ số điện áp ở cuộn thứ cấp để hở và cuộn sơ cấp. Lúc đầu tỉ số điện áp bằng 0,43. Sau khi quấn thêm vào cuộn thứ cấp 24 vòng dây thì tỉ số điện áp bằng 0,45. Bỏ qua mọi hao phí trong máy biến áp. Để được máy biến áp đúng như dự định, học sinh này phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp

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

Câu 18: Một người định cuốn một biến thế từ hiệu điên thế U₁ =  110V lên 220V với lõi không phân nhánh, không mất mát năng lượng và các cuộn dây có điện trở rất nhỏ , với số vòng các cuộn ứng với 1,2 vòng/Vôn. Người đó cuốn đúng hoàn toàn cuộn thứ cấp nhưng lại cuốn ngược chiều những vòng cuối của cuộn sơ cấp. Khi thử máy với nguồn thứ cấp đo được U₂ = 264 V so với cuộn sơ cấp đúng yêu cầu thiết kế, điện áp nguồn là U₁ = 110V. Số vòng dây bị cuốn ngược(sai)  là:
      A 20                     B 11                             C . 10                            D 22

Câu 19:Hiệu điện thế được đưa vào cuộn sơ cấp của một máy biến áp có giá trị hiệu dụng là 220V.Số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp tương ứng là 1100 vòng và 50vòng.Mạch thứ cấp gồm một điện trở thuần 8,một cuộn cảm có cảm kháng 2 và một tụ điện mắc nối tiếp . Biết dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp bằng 0,032A, bỏ qua hao phí của máy biến áp, độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch thứ cấp là

      A. \(\frac{\pi }{2}\)                     B. \(\frac{\pi }{4}\) hoặc - \(\frac{\pi }{4}\)             C. \(\frac{\pi }{6}\) hoặc  - \(\frac{\pi }{6}\)                 D. \(\frac{\pi }{3}\)

Câu 20: Một người định quấn một máy hạ áp từ điện áp U₁ = 220 (V) xuống U₂ =110 (V) với lõi không phân nhánh, xem máy biến áp là lí tưởng, khi máy làm việc thì suất điện động hiệu dụng xuất hiện trên mỗi vòng dây là 1,25 Vôn/vòng. Người đó quấn đúng hoàn toàn cuộn thứ cấp nhưng lại quấn ngược chiều những vòng cuối của cuộn sơ cấp. Khi thử máy với điện áp U₁ = 220V thì điện áp hai đầu cuộn thứ cấp đo được là 121(V). Số vòng dây bị quấn ngược là:
       A. 9                      B. 8                             C. 12                               D. 10

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM VẬT LÝ 12 TỔNG HỢP

PHẦN : MÁY BIẾN ÁP – ĐỘNG CƠ ĐIỆN

38. Stato của một động cơ không đồng bộ ba pha gồm 6 cuộn dây, cho dòng điện xoay chiều ba pha tần số 50Hz vào động cơ. Từ trường tại tâm của stato quay với vận tốc bằng bao nhiêu?

A. 3000vòng/min.       B. 1500vòng/min.       C. 1000vòng/min.        D. 500vòng/min.

39 . Một động cơ không đồng bộ ba pha đấu theo hình tam giác vào mạng điện ba pha đấu hình sao có hiệu điện thế pha U_p= 220V. Động cơ có công suất P = 5 kW với hệ số công suất cosφ=0,85. Hiệu điện thế đặt vào mỗi cuộn dây và cường độ dòng điện qua nó là:      

A. 220V  và 61,5A.        B. 380V và 6,15A.    C. 380V và 5,16A.     D. 220V và 5,16A

40: Một máy phát điện có phần cảm gồm hai cặp cực và phần ứng gồm hai cặp cuộn dây mắc nối tiếp. Suất điện động hiệu dụng của máy là 220V và tần số 50Hz. Cho biết từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là 4mWb. Tính số vòng dây của mỗi cuộn trong phần ứng.                 

A.175 vòng                     B.62 vòng                  C.248 vòng                 D.44 vòng