Giải bài 16: Truyền tải điện năng – Máy biến áp

A. Lý thuyết

I. Truyền tải điện năng

Công suất phát được tính theo công thức: P_phát = U_phát.I

Trong đó:

• P_phát: công suất phát (W).
• U_phát: điện áp hiệu dụng ở hai cực của máy phát (V).
• I: cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây (A).

Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây:

P_hp = r.I² = r. $\frac{P^{2}_{phát}}{U^{2}_{phát}}$

Trong đó: r là điện trở tổng cộng của đường dây điện.

Nhận xét:

P_phát hoàn toàn xác định, nên muốn giảm P_hp­ trên đường dây thì ta phải giảm điện trở của dây hoặc tăng U_phát.

Khi giảm điện trở r của dây dẫn ta lại dẫn đến những hạn chế khác như  chi phí đường dây tăng.

Vậy cách tối ưu để giảm hao phí trên đường dây là tăng U_phát­ nói cách khác, ta cần có những thiết bị biến đổi điện áp.

II. Máy biến áp

Máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.

Cấu tạo: Máy biến áp gồm hai phần chính:

1. Lõi biến áp: được làm từ sắt non pha silic;
2. Hai cuộn dây: có điện trở nhỏ và cách vòng dây được

• Cuộn sơ cấp: được nối với nguồn, có số vòng dây N₁;
• Cuộn thứ cấp: được nối với tải hoặc để hở, có số vòng dây là N­₂.

Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ:

Nguồn phát điện tạo ra một dòng điện xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp gây ra biến thiên từ thông trong hai cuộn.

Khi cuộn sơ cấp có sự biến thiên từ thông thì suất hiện một dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp.

Từ thông qua mỗi vòng dây của cả hai cuộn là: $\Phi  = \Phi _{0}.\cos \omega .t$.

Từ thông qua mỗi cuộn dây là:

Cuộn N­₁: $\Phi _{1} = N_{1}.\Phi _{0}.\cos \omega .t$

Cuộn N₂: $\Phi _{2} = N_{2}.\Phi _{0}.\cos \omega .t$

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn thứ cấp là:

e₂ = $- \frac{d\Phi _{2}}{dt}$ = N₂. $\omega .\Phi _{0}.\sin \omega .t$.

Khi hai đầu cuộn thứ cấp để hở:

• I₂ = 0;
• Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp luôn luôn bằng tỉ số các vòng dây của hai cuộn đó:

$\frac{U_{2}}{U_{1}} = \frac{N_{2}}{N_{1}}$.

• Nếu $\frac{N_{2}}{N_{1}}$ > 1: máy tăng áp;
• Nếu $\frac{N_{2}}{N_{1}}$ < 1: máy hạ áp.
• Đối với máy biến áp ở chế độ không tải thì nó hầu như không tiêu thụ điện năng.

Khi hai đầu cuộn thứ cấp được nối với tải:

• I₂ khác 0;
• $\frac{U_{2}}{U_{1}} = \frac{I_{1}}{I_{2}}$.

Kết luận: Đối với máy biến áp lí  tưởng:

1. Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp bằng tỉ số N₂/N₁;
2. Tỉ số các cường độ hiện dụng ở mạch thứ cấp và mạch sơ cấp bằng nghịch đảo tỉ số N₂/N₁.