Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
PHẦN 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Lí do chọn đề tài nghiên cứu
Môn Vật lý là một bộ môn khoa học tự nhiên. Những thành tựu của vật lý
được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất và ngược lại chính chính thực tiễn sản
xuất đã thúc đẩy khoa học vật lý phát triển. Vì vậy học vật lý không chỉ đơn
thuần là học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vào thực tiễn sản xuất. Do đó
trong quá trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có được
những kỹ năng, kỹ xảo và thường xuyên vận dụng những hiểu biết đã học để
giải quyết những vấn đề thực tiễn đặt ra. Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy
trong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ
thông, cơ bản, có hệ thống và toàn diện về vật lý. Hệ thống kiến thức này phải
thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp với quan điểm
vật lý hiện đại. Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc và đủ những kiến
thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần phải rèn luyện
cho các học sinh những kỹ năng , kỹ xảo trong thực hành, trong giải bài tập, kỹ
năng đo lường, quan sát ….
Trong khi giảng dạy bộ môn tôi nhận thấy trong quá trình học sinh vận
dụng kiến thức về Máy biến thế và truyền tải điện năng đi xa để giải bài tập hay
mắc các lỗi sau:
- Không phân loại được bài tập thuộc dạng nào?
- Không biết áp dụng các công thức suy diễn.
- Không biết trình bày bài tập tự luận.
Để giúp các em khắc phục những khó khăn trên và còn giải được những
bài tập nâng cao dành cho học sinh giỏi, gây hứng thú học tập cho các em.
Chính vì những lý do trên nên tôi chọn đề tài “Phương pháp giải bài tập: Máy
biến thế - Truyền tải điện năng”
2. Mục đích nghiên cứu
Bài tập vật lý được coi là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sức
quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông.
Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những những
kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát
triển tư duy của học sinh. Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức
có hệ thống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết
/18
1
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
những tình huống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn.
Vì thế mà tôi chọn đề tài này để nghiên cứu.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu về mặt lý luận các khái niệm về máy biến thế, về truyền tải
điện năng.
- Tìm hiểu thực trạng về khả năng học vật lý của học sinh lớp 9 trong trường.
- Tìm hiểu các cách để giải một bài tập vật lý lớp 9 phần máy biến thế.
- Nghiên cứu nội dung, mục tiêu, chuẩn chương trình sách giáo khoa và
sách tham khảo để tìm ra nhiều dạng bài tập thuộc đề tài nghiên cứu. Thu thập,
phân tích, tổng hợp và tiến hành thể nghiệm các biện pháp trên đối tượng học
sinh tại các lớp mình giảng dạy.
- Phân tích những thành công, thất bại và nguyên nhân của những thành công
thất bại đó từ đó rút kinh nghiệm, lựa chọn và đưa ra phương pháp giải cho học sinh
sao cho hiệu quả nhất.
4. Đối tượng nghiên cứu, khách thể nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp giải bài tập phần Máy biến thế Truyền tải điện năng đi xa.
- Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 9 trường THCS. Năm học 20192020.
5. Thành phần tham gia nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu: Bài tập về Máy biến thế - Truyền tải điện năng
tương đối đa dạng. Trong bài viết này chỉ phổ biến bốn dạng cơ bản thường gặp
nhất.
+ Dạng 1: Bài tập áp dụng công thức máy biến thế
+ Dạng 2: Bài tập tính hao phí trên đường dây truyền tải điện năng.
+ Dạng 3: Máy biến thế đặt ở một đầu đường dây.
+ Dạng 4: Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây.
- Đối tượng điều tra, khảo sát, thực nghiệm: học sinh các lớp tôi
tham gia giảng dạy ở trường tôi.
6. Phương pháp nghiên cứu.
a) Điều tra thực tế:
Vật lý là môn học tìm hiểu thế giới tự nhiên, lí thuyết vật lý chỉ là việc
phản ánh lại bản chất của tự nhiên. Học sinh thường học thuộc lí thuyết mà
không hiểu bản chất các khái niệm.
Chương trình học cũng gây khó khăn với học sinh: Phân phối chương
trình của vật lý lớp 9 không có tiết bài tập, trong sách giáo khoa và sách bài tập
/18
2
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
cũng không có hướng dẫn về phương pháp giải bài tập. Học sinh là đối tượng
đang “học”, cần có hướng dẫn mẫu để học sinh có cơ sở vận dụng theo. Tôi thực
sự không hiểu tại sao sách bài tập vật lý lại không có hướng dẫn giải, khi học
sinh chỉ được trang bị lí thuyết thuần túy thì việc làm bài tập sẽ là một gánh
nặng.
b) Sưu tầm và nghiên cứu tài liệu.
c) Kiểm tra kết quả học tập của học sinh theo các nhóm.
7. Kế hoạch nghiên cứu
STT
Thời gian
Nội dung
1
Đầu tháng
Nắm bắt tình hình nhận
11/2019
thức của học sinh
2
Từ 1/12/2019
Phân loại học sinh theo
nhóm nhỏ để giảng dạy
3
Tháng 3/2020
Hoàn thành thông kê
Biện pháp
Thu thập thông tin qua
giáo viên chủ nhiệm
Áp dụng một số
phương pháp phù hợp
Viết báo cáo
a) Đối với giáo viên:
- Chủ động, sáng tạo trong việc giảng dạy kiến thức, chú ý minh họa thực
tiễn giúp các em sáng tỏ vấn đề.
- Sưu tầm, phân loại bài tập sao cho phù hợp với nhận thức của từng đối
tượng học sinh.
- Phân bố thời gian hợp lí trong tiết học nhằm tranh thủ truyền đạt thêm
kỹ năng làm bài tập vật lý cho các em.
b) Đối với học sinh:
- Tăng cường kiểm tra, củng cố kiến thức trong từng phần của bài học
bằng các câu hỏi trắc nghiệm khách quan.
- Hướng dẫn một số bài tập cần thiết trước khi giao về nhà.
- Học sinh cần tạo thói quen “ngẫm nghĩ” cho kỹ, cho hiểu các khái niệm
mới ( tránh lối thuộc vẹt); chịu khó suy nghĩ về các công thức vật lý và chịu khó
làm bài tập vận dụng.
PHẦN 2. NHỮNG BIỆN PHÁP ĐỔI MỚI HOẶC CẢI TIẾN
1. Cơ sở lý luận
Để học tập tốt môn Vật lý đạt kết quả cao thì ngoài việc nắm vững lý thuyết
cần phải biết ứng dụng lý thuyết vào việc giải bài tập một cách thành thạo nhưng
/18
3
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
để giải bài tập thành thạo thì việc định hướng, phân loại bài tập là vô cùng cần
thiết.
2. Thực trạng vấn đề nghiên cứu (cơ sở thực tiễn)
Trong môn vật lý ở trường trung học cơ sở, bài tập phần nâng cao về Máy
biến thế -Vấn đề truyền tải điện năng là tương đối khó đối với học sinh. Làm thế
nào để giải bài tập về chuyên đề này một cách đơn giản hơn? Đó là câu hỏi
không chỉ đặt ra với riêng tôi mà là câu hỏi chung cho những giáo viên muốn
nâng cao chất lượng dạy học, và học sinh muốn nâng cao kiến thức.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại sách bài tập nâng cao nhằm đáp
ứng nhu cầu học tập của học sinh nhưng qua tham khảo một số loại sách tôi
nhận thấy đa phần các sách này đều đưa ra các bài tập cụ thể và hướng dẫn giải.
Các loại bài tập thuộc nhiều dạng khác nhau được đặt kế tiếp nhau, các bài tập
cùng loại lại đặt cách xa nhau hoặc trong một quyển sách không có đủ các dạng
bài tập cơ bản về máy biến thế từ đơn giản đến phức tạp hoặc số bài tập về phần
này rất ít. Nói chung là các sách viết ra chưa phân loại các dạng bài tập một cách
cụ thể. Chính vì cách viết sách như vậy đẫn đến việc các giáo viên trong quá
trình giảng dạy từng tiết hoặc làm chuyên đề nâng cao rất mất nhiều thời gian
đầu tư, còn học sinh thì làm bài tập một cách tràn lan và làm bài nào biết bài đó,
không có phương pháp giải chung cho từng dạng bài nên kết quả học tập chưa
cao, rất khó khăn trong việc kích thích hứng thú học tập bộ môn, chưa kể đến
việc mỗi giáo viên lại hướng dẫn khác nhau hoặc không đúng phương pháp do
dạy chéo môn. Việc học tập của học sinh trong môn vật lý trở nên khó khăn hơn
làm các em nản chí và không biết bắt đầu từ đâu để có thể nâng cao kiến thức
của mình. Việc tự học, tự nghiên cứu cũng khó thực hiện được.
Vì các lý do trên, qua nhiều năm công tác với những hiểu biết và chút
kinh nghiệm của bản thân, tôi mạnh dạn nêu lên một số suy nghĩ của mình về
“Phương pháp giải bài tập:Máy biến thế-Truyền tải điện năng” với mong
muốn hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh sẽ thu được kết quả cao
hơn, tôi cũng muốn tạo ra hướng đi mới trong việc tham khảo các sách bài tập
nâng cao.
3. Mô tả, phân tích các giải pháp hoặc cải tiến mới
Vì khó khăn lớn nhất của học sinh là làm các bài tập có tính toán, vận
dụng và biến đổi công thức nên trong chuyên đề này tôi chỉ đề cập đến các bài
toán định lượng. Tôi tạm chia thành bốn dạng bài để hướng dẫn.
/18
4
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
Dạng 1: BÀI TẬP ÁP DỤNG CÔNG THỨC MÁY BIẾN THẾ
Phương pháp giải: Dạng bài tập này học sinh chỉ cần làm theo các bước
sau:
- Tóm tắt và đổi đơn vị (nếu cần): Ghi lại những gì đề bài cho biết và cần
tìm dưới dạng kí hiệu, chú ý để không bị nhầm kí hiệu. Cuộn sơ cấp nối với
nguồn có U1, n1; Cuộn thứ cấp lấy điện ra cho phụ tải có U2, n2
- Viết câu trả lời và công thức máy biến thế, rồi suy ra công thức tính đại
lượng cần tìm.
- Thay số và tính (thay số không ghi kèm đơn vị thì đơn vị kết quả để
trong dấu ngoặc đơn).
Các bài tập minh họa
Bài 1: Một máy biến thế có cuộn dây sơ cấp gồm 100 vòng, cuộn thứ cấp
gồm 1000 vòng. Hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn dây sơ cấp là 220V. Nếu coi điện
năng không bị mất mát thì hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn thứ cấp là bao nhiêu?
n1 = 100 vòng
Hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn thứ cấp là
n2 = 1000 vòng
U1 n1
Un
220.1000
U2 1 2
= 2200(V)
U 2 n2
n1
100
U1 = 220V
U2 ?
Bài 2: Một máy biến áp để hạ hiệu điện thế từ 35kV xuống 6kV. Cuộn
dây sơ cấp có 7000 vòng. Tính số vòng dây ở cuộn thứ cấp.
n1 = 7000 vòng
Số vòng dây ở cuộn thứ cấp là
U1 = 35kV=35000V
U1 n1
U n
6000.7000
n2 2 1
= 1200(vòng)
U 2 n2
U1
35000
U2 = 6kV=6000V
n2 ?
Bài 3: Nếu đặt vào 2 đầu cuộn sơ cấp của một máy biến thế lí tưởng (bỏ
qua hao phí) một hiệu điện thế xoay chiều xác định thì hiệu điện thế giữa 2 đầu
cuộn dây thứ cấp để hở là 100V. Ở cuộn thứ cấp, nếu giảm bớt n vòng dây thì
hiệu điện thế giữa 2 đầu để hở của nó là U, nếu tăng thêm n vòng dây thì hiệu
/18
5
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
điện thế giữa 2 đầu để hở của nó là 2U. Tính hiệu điện thế giữa 2 đầu cuộn thứ
cấp để hở khi nó tăng thêm 3n vòng dây.
Bài làm
Theo đề ta có các công thức sau:
U1 n1
U
n
1 1 (1)
U 2 n2
100 n2
U1
n
1 (2)
U n2 n
U1
n
1 (3)
2U n2 n
n2 n
U1
n
1
(4)
/
U
n2 3n
U
n
Chia (2) cho (3) → 2 = n n → n2 = 3n ,thay vào (1) và (4) ta có 1 1 (5)
100 3n
2
U1 n1
(6)
U / 6n
U / 6n
2 → U/ = 200V
Chia (5) cho (6) →
100 3n
Dạng 2: HAO PHÍ ĐIỆN NĂNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
Phương pháp giải: Dạng bài tập này vẫn được giải theo các bước của
dạng 1, nhưng cần lưu ý phân biệt:
- Công suất cần truyền tải (công suất toàn phần) P; Công suất ở nơi tiêu
thụ (công suất có ích) P1; Công suất hao phí (trên đường dây truyền tải) Php.
- Hiệu điện thế tại 2 đầu đường dây (nơi đi) U; Hiệu điện thế ở nơi tiêu
thụ (nơi đến) U1; Độ sụt thế trên đường dây ∆U
- Đường dây truyền tải điện năng gồm 2 sợi dây.
P2
- Thuộc và áp dụng thành thục các công thức tính: Php = 2 R I2R=∆U.I
U
P = P1 + Php
U = U1 + ∆U
H=
P1
100 %
P
R=
l
S
Các bài tập minh họa
Bài 1: Một nguồn điện có hiệu điện thế là U1 = 2500V, điện năng được
truyền tải bằng dây dẫn đến nơi tiêu thụ. Biết điện trở của toàn bộ đường dây là
10Ω và công suất của nguồn là 100kW. Hãy tính:
a) Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây.
b) Hiệu điện thế ở nơi tiêu thụ.
c) Hiệu suất của sự tải điện.
/18
6
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
d) Để công suất hao phí giảm đi 4 lần thì phải tăng hiệu điện thế trước khi
tải điện lên bao nhiêu?
U1 = 2500V
P2
1010.10
R
a) Php = 2 =
= 16000(W)
U1
2500 2
R = 10Ω
P
100000
P = 100kW=10 Wb) I = U1 2500 = 40(A)
5
P/hp =
∆U = IR = 40.10 = 400(V)
U2 = U1 - ∆U = 2500 – 400 = 2100(V)
1
Php
4
c) H =
Php ? U2 ? H ? U ?
P Php
/
P
100% = 84%
d) Ta có P/hp =
P2 R 1 P2 R
1
Php → /2
→ U/ = 2U1 = 5000V
U
4 U12
4
Bài 2: Khi truyền tải một công suất điện 2.105 kW đi xa với hiệu điện thế trên
đường dây tải điện là 220kV, ta thấy công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây bằng
4% công suất cần truyền tải. Nếu truyền tải công suất điện đó cũng bằng đường dây đó
nhưng với hiệu điện thế 110kV thì công suất do hao phí là bao nhiêu? So sánh với công suất
cần truyền tải.
P=2.105 kW=2.108W
Php = 4%P = 8.106 W
U= 220kV=220000V
Php
Php = 4% P
/
U =110kV=110000V
/
hp
/
P ? P hp = ?%P
PhpU 2 8.106. 220000
P 2 R U /2 U /2
/
2 2 2 → P hp =
2
Php/
U P R U
U /2
110000
2
=
32.106 (W)
Php/
P
32.106
0,16 = 16%
2.108
Bài 3: Từ một trạm thủy điện nhỏ cách nhà trường 5km, người ta dùng
dây tải điện thường có đường kính 4mm, điện trở suất là 1,57. 10-8Ωm. Nhà
trường cần lưới điện 200V, tiêu thụ công suất 10kW.
a) điện trở của dây tải điện.
b) Tính hiệu điện thế đầu đường dây do máy cung cấp.
c) Tính độ sụt thế trên đường dây, công suất hao phí trên đường dây và
hiệu suất tải điện của đường dây.
d) Nếu muốn có hiệu suất 80% thì dây phải có đường kính tiết diện là bao
nhiêu?
x = 5km = 5000m
d = 4mm=4.10-3m
/18
d 2 3,14.42
a) S =
= 12,56 (mm2)= 12,56. 10 6 m2
4
4
7
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
ρ = 1,57. 10-8Ωm
l = 2x = 2.5000 = 104 (m)
U1 = 200V
l 1,57.10 8.104
R= =
=12,5(Ω)
S
12,56.10 6
P1 = 10kW=104W
P1 104
b) I =
= 50(A)
U1 200
/
H = 80%
= 825(V)
R?U?
U = U1 + IR = 200 + 50.12,5
∆U = IR = 50.12,5 = 625(V)
Php = ∆U.I = 625.50 = 31250(W)
∆U ? Php ? H ?
d/ ?
H=
P1 U1 200
≈ 0,24 = 24%
P U 825
c) Muốn có H/ = 80% thì: H/ =
S/ =
d/ =
U1
U1
→R/ = 1Ω
/ =
U1 IR /
U
l
1,57.10 8.104
=
= 1,57.10 4 (m2)
R/
1
4S /
4.1,57.10 4
= 1,4.10-2 (m) = 14mm
3,14
Bài 4: Một đường dây truyền tải công suất điện 1,2MW từ địa điểm A
đến B cách nhau 50km. Dây dẫn làm bằng hợp kim có đường kính 8mm. Biết
điện trở suất là 2,5. 10-8Ωm.
a) Tính điện trở của đường dây.
b) Nếu hiệu điện thế tại hai đầu đường dây truyền tải là 24kV thì hiệu suất
truyền tải bằng bao nhiêu?
c) Để 95% công suất truyền tải đến được địa điểm B thì cần nâng hiệu
điện thế truyền tải lên bao nhiêu?
P = 1,2MW=1,2.106Wa) l = 2AB = 2.5.104 = 105 (m)
AB = 50km = 5.104m
S=
d = 8mm = 8.10-3m
ρ = 2,5. 10-8Ωm
U = 24kV = 24.103V
H/ = 95%
R=
d 2 3,14.82
= 50,24(mm2) = 50,24.10-6m2
4
4
l 2,5.10 8.105
=
≈ 49,76(Ω)
S
50, 24.10 6
6 2
P 2 R 1, 2.10 .49, 76
b) Php = 2
= 124400(W)
2
U
24.103
R? H? U/?
/18
8
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
H=
P Php
P
1, 2.106 124400
≈ 0,8963 = 89,63%
1, 2.106
c) H/ = 95% →P/hp = 5%P = 5%.1,2.106 = 60 000(W)
Php
P 2 R U /2 U /2
2 2 2 U/ =
Php/
U P R U
PhpU 2
Php/
124400. 24.103
2
60000
≈ 34558 (V) = 34,558kV
Dạng 3: MÁY BIẾN THẾ ĐẶT Ở MỘT ĐẦU ĐƯỜNG DÂY
Phương pháp giải: Dạng bài tập này vẫn được giải theo các bước của dạng
1, nhưng cần lưu ý phân biệt:
- Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đi) là máy tăng thế, hiệu điện
thế hai đầu đường dây là hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp của máy.
- Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đến) là máy hạ thế, hiệu điện
thế hai đầu đường dây là hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy.
- Nếu bỏ qua hao phí bên trong của máy biến thế tức là coi hiệu suất của
máy biến thế là 100% thì công suất ở cuộn sơ cấp (P 1) và cuộn thứ cấp (P2) đều
bằng nhau. Khi đó công suất tại máy tăng thế là công suất cần truyền tải còn
U
I
n
2
1
2
công suất tại máy hạ thế là công suất tại nơi tiêu thụ và công thức U I n
1
2
1
P2
- Nếu hiệu suất của máy <100% thì H = P 100 %
1
Các bài tập minh họa
Bài 1: Ở một đầu đường dây tải điện đặt một máy tăng thế với các cuộn
dây có số vòng là 500 vòng và 11000 vòng. Hiệu điện thế đặt vào cuộn sơ cấp
của máy tăng thế là 1000V, công suất điện tải đi là 110 000W.
a) Tính hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn dây thứ cấp.
b) Tính công suất hao phí trên đường dây truyền tải điện năng, biết rằng
điện trở tổng cộng của đường dây này là 100Ω.
n1 = 500 vòng a) Hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn dây thứ cấp là
n2 = 11000 vòng
/18
9
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
U1 = 1000V
Un
1000.11000
22 000(V)
500
1 2
U2 = n
1
P = 110000W
b) Công suất hao phí trên đường dây truyền tải là
R = 100Ω
P2
Php = 2 R = 250 000(W)
U2
U2 ? Php ?
Bài 2: Từ nguồn điện có hiệu điện thế U = 5000V, điện năng được truyền
trên dây đến nơi tiêu thụ. Điện trở dây dẫn là 10Ω, công suất nơi tiêu thụ là
96kW.
a) Tính độ giảm thế trên dây, công suất hao phí trên dây và hiệu suất tải
điện. Biết rằng công suất hao phí trên dây nhỏ hơn công suất ở nơi tiêu thụ.
b) Hiệu điện thế ở 2 đầu máy phát được nâng lên từ 2000V đến 5000V
nhờ một máy biến thế. Tính tỉ số vòng giữa cuộn thứ cấp và sơ cấp và hiệu suất
tải điện khi truyền trực tiếp từ máy phát.
U = 5000V
a) P = Php + Ptt → UI = I2R + Ptt → 10I2 – 5000I + 96000 = 0
R = 10Ω
Ptt=
96kW=96000W
I2 – 500I + 9600 = 0 → I = 480A(loại vì khi đó Php>Ptt) và
I = 20A
Độ giảm thế trên dây: ∆U = IR = 200V
Php < Ptt
Công suất hao phí trên dây: Php = I2R = 202. 10 = 4000(W)
U1 = 2000 V
Hiệu suất tải điện: H = P P 100% 96 4 100% 96%
tt
hp
U2 = 5000 V
∆U ? Php ? H ?
Ptt
U
n
96
5000
2
2
b) Ta có U n 2000 = 2,5
1
1
P
n2
? H/ ?
n1
Nếu truyền trực tiếp, dòng điện trên dây dẫn sẽ là: I/ = U
1
Công suất của máy phát: P = Php + Ptt = 4 + 96 = 100kW =
100000W
→ I/ = 50A
Công suất hao phí trên đường dây: P/hp = I/2R = 502.10 =
25000(W) = 25kW
/18
10
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
Hiệu suất tải điện: H/ =
P Php/
P
100 25
100%
100% 75%
100
Bài 3: Một máy phát điện cung cấp cho mạch ngoài một công suất P 1 =
200kW. Hiệu điện thế giữa 2 cực máy phát U 1 = 4kV. Dòng điện đi ra được đưa
vào cuộn sơ cấp của máy biến thế có hiệu suất là 100%. Tỷ số vòng dây cuộn
thứ cấp và cuộn sơ cấp của máy biến thế là a. Dòng điện được dẫn đến nơi tiêu
thụ bằng đường dây dẫn có điện trở là 40Ω.
a) Tìm công suất và hiệu điện thế nơi tiêu thụ. Tìm hiệu suất truyền tải
điện, biết a = 4.
b) Hiệu suất truyền tải điện thay đổi như thế nào nếu a tăng. Từ đó nhận
xét gì về công dụng của máy biến thế.
P1 = 200kW=2.105Wa) Tại cuộn sơ cấp: U1,I1,n1,P1
U1 = 4kV=4.103V
Tại cuộn thứ cấp: U2.I2,n2,P2
n2
=a=4
n1
Tại nơi tiêu thụ: U3,I3,P3
R = 40Ω
P1 2.105
I1 =
=50(A)
U1 4.103
P3 ? U 3 ? H ?
Do hiệu suất của MBT là 100% nên ta có:
U 2 I1 n2
= a → U2 = U1a = 4000.a
U1 I 2 n1
= I=I3
I2 =
I1 50
a a
Và P2 = P1 = 2.105W
502.40 105
Hao phí trên đường dây: Php = I R =
= 2
a2
a
2
Độ giảm thế trên đường dây: ∆U = IR =
50.40 2000
a
a
Công suất tại nơi tiêu thụ: P3 = P2 – Php = 2.105 -
105
a2
=193750(W)
Hiệu điện thế nơi tiêu thụ: U3 =U2 - ∆U = 4000a =15500(V)
/18
11
2000
a
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
H = P3
P1
105
1
2 2
2
a
a 1 1 ≈ 0,99 = 99%
5
2.10
2
2a 2
2.105
b) Từ công thức tính H có nhận xét, khi a tăng thì H tăng.
Công dụng của MBT là làm giảm hao phí điện năng.
Bài 4: Có một xã A có tổng công suất tiêu thụ điện là P 0 = 880kW. Điện
năng được cung cấp từ huyện với hiệu điện thế là U 0 = 8925V bằng hai dây dẫn,
khi đến xã A phải qua máy hạ thế có số vòng dây ở cuộn sơ cấp là n 1 = 22000
vòng, hiệu điện thế đặt vào dây này là U1, cuộn dây thứ cấp có n2 = 550 vòng để
lấy ra ở cuộn dây này hiệu điện thế U2 = 220V.
a) Tính điện năng tiêu thụ của xã A trong một ngày, cho rằng mỗi ngày sử
dụng trung bình 6 giờ.
b) Tính U1 và độ giảm thế trên dây tải điện.
c) Tính công suất hao phí điện năng trong quá trình tải điện từ huyện về
xã và tỉ lệ % giữa công suất hao phí với công suất cần truyền tải từ huyện.
Cho biết khoảng cách từ huyện đến xã là 10km, dây tải điện có tiết diện là
3,2cm2 và điện trở suất là 2. 10-8Ωm.
P0 = 880kW=880.103W a) A = P0t = 880.6 = 5280(kWh)
U0 = 8925V
U
n
U .n
1
1
2 1
b) U n → U1 = n
2
2
2
220.22000
=8800(V)
550
n1 = 22000 vòng
∆U = U0 – U1 = 8925 – 8800 = 125 (V)
n2 = 550 vòng
l = 2x = 2.104 m
t = 6h
U2 = 220V
x = 10km = 104m
l 2.10 8.2.104
R= =
= 1,25(Ω)
S
3, 2.10 4
S = 3,2cm2=3,2.10-4m2
U
Php =
R
-8
ρ = 2. 10 Ωm
Php
U1? ∆U ?
2
P0
1252
= 12500(W)
125
12500
≈ 0,0142 = 1,42%
880000
Php ? Php /P ?
Dạng 4: MÁY BIẾN THẾ ĐẶT Ở CẢ HAI ĐẦU ĐƯỜNG DÂY
Phương pháp giải: Dạng bài tập này vẫn được giải theo các bước của
dạng 1, nhưng cần lưu ý phân biệt:
/18
12
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
- Máy biến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đi) là máy tăng thế, còn máy
biến thế đặt ở hai đầu đường dây (nơi đến) là máy hạ thế.
- Hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy tăng thế U 1 là hiệu điện thế do máy
phát điện tạo ra. Hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp của máy tăng thế U 2 là hiệu điện
thế hai đầu đường dây (nơi đi). Hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy hạ thế U3 là
hiệu điện thế hai đầu đường dây (nơi đến). Hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp của
máy hạ thế U4 là hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ.
- Tại máy tăng thế: Cuộn sơ cấp có U1, n1, I1, P1
Cuộn thứ cấp có U2, n2, I2, P2
- Tại máy hạ thế: Cuộn sơ cấp có U3, n3, I3, P3
Cuộn thứ cấp có U4, n4, I4, P4
U
I
U
n
I
n
3
3
1
2
1
4
Nếu các máy lý tưởng thì ta có U I n và U I n
2
1
2
4
3
4
I2 = I3 = Id
P1 = P 2
P2 = P3 + Php
H = P 100% P 100%
4
3
P1
P3 = P 4
U2 = U3 + ∆U
P2
Các bài tập minh họa
Bài 1: Hai thành phố A và B cách nhau 100km. Điện năng được tải từ
một máy tăng thế ở A tới một máy hạ thế ở B bằng 2 dây đồng tiết diện tròn,
đường kính d = 1cm. Cường độ dòng điện trên đường dây tải là 50A. Công suất
tiêu hao trên đường dây bằng 5% công suất tiêu thụ ở B và hiệu điện thế ở cuộn
thứ cấp của máy hạ thế ở B là 220V.
a) Tính công suất tiêu thụ ở B.
U/
b) Tính tỉ số biến thế
của máy hạ thế ở B. Cho ρ = 1,6. 10-8Ωm. Hao
U
phí trong các máy biến thế là không đáng kể.
AB = 100km =
d 2 3,14.12
a)
Điện
trở
của
đường
dây:
S
=
= 0,785 (cm2) =
105m
4
4
0,785.10-4 m2
l = 2AB = 2.105 m
d = 1cm = 0,01m
l
1, 6.10 8.2.105
R=
=
≈ 40,76(Ω)
S
0,875.10 4
I = 50A
/18
13
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
Công suất hao phí trên đường dây: Php = I2R = 502.40,76 =
101900(W)
Php = 5% PB
U2B = 220V
ρ = 1,6. 10-8Ωm
Php = 5%PB →PB =
P B?
2038000(W) = 2038kW
Php
100.Php
5%
5
=
100.101900
5
=
b) Hiệu điện thế ở cuộn sơ cấp của máy hạ thế B:
U/
?
U
PB = U/I →U/ =
PB 2038000
= 40760(V)
I
50
U / 40760
≈ 185,27
U
220
Bài 2: Điện năng được tải từ máy phát điện đến nơi tiêu thụ. Tổng điện
trở của đường dây tải điện là 4Ω. Đầu đường dây đặt một máy tăng thế có hệ số
biến đổi là 0,05. Cuối đường dây đặt một máy hạ thế có hệ số biến đổi là 10.
Hiệu suất của máy hạ thế là 88%. Nơi tiêu thụ điện là một khu nhà sử dụng 88
bóng đèn loại 220V- 60W mắc song song và các đèn đều sáng bình thường. Bỏ
qua điện trở của dây dẫn từ máy hạ thế đến nơi tiêu thụ và điện trở của các dây
nối trong khu nhà.
a) Tại sao khi truyền tải điện năng đi xa bằng dây dẫn người ta phải dùng
2 máy biến thế đặt ở 2 đầu đường dây tải điện.
b) Tính hiệu điện thế ở 2 đầu ra và vào của máy hạ thế.
c) Tính hiệu điện thế ở 2 đầu ra và vào của máy tăng thế.
d) Nếu khu nhà dùng 112 bóng đèn gồm các loại 40W; 60W; 150W có
cùng hiệu điện thế định mức 220V mà các đèn vẫn sáng bình thường thì cần bao
nhiêu đèn mỗi loại?
Bài làm
R = 4Ω
a) a) Phải đặt máy tăng thế ở đầu đường dây tải điện để giảm
hao phí, phải đặt 1 máy hạ thế ở cuối đường dây tải điện (nơi
tiêu thụ) để giảm hiệu điện thế phù hợp với sử dụng.
k1 = 0,05
k2 = 10
b) b) HĐT đầu ra của máy hạ thế: U4 = Uđm = 220V
H = 88% = 0,88 HĐT đầu vào của máy hạ thế: U3 = k2.U4 = 10.220 = 2200(V)
c) c) Công suất ở cuộn thứ cấp của máy hạ thế bằng công suất
tiêu thụ của 88 đèn loại 60W khi sáng bình thường: P4 = a.Pđm
Đ1: 220V-60W
= 88.60 =5280(W)
a = 88 bóng
/18
14
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
a/ = 112 bóng
Đ2: 220V-40W
Đ3: 220V-150W
U1,U2?
P
5280
Công suất ở cuộn sơ cấp của máy hạ thế: P 3 = H4 0,88 =
6000(W)
P
6000
3
Cường độ dòng điện trên đường dây: I = U 2200 ≈ 2,73(A)
3
Độ sụt thế trên đường dây: ∆U = I.R = 2,73.4 = 10,92(V)
Hiệu điện thế ở đầu ra của máy tăng thế: U2 = ∆U + U3 =
x,y,z?
10,92 + 2200 = 2210,92(V)
Hiệu điện thế ở đầu vào của máy tăng thế: U1 = k1.U2 =
0,05.2210,92 = 110,546(V)
d) Muốn 112 bóng đèn đều sáng bình thường thì tổng công suất tiêu thụ
của 112 bóng đèn phải bằng tổng công suất tiêu thụ của 88 bóng loại 60W lúc
trước.
U3,U4?
Gọi số bóng loại 40W là x, loại 60W là y, loại 150W là z.
Ta có: 40x + 60y + 150z = 5280 (1)
Từ (1) → y = 40 -
11
z
2
x + y + z = 112 (2)
Muốn y nguyên, dương thì z ⋮ 2 và 40 -
11
z≥
2
0 → z ≤ 7,3 → z = 2,4,6
Với z = 2 → y = 29 → x = 81
Với z = 4 → y = 18 → x = 90
Với z = 6 → y = 7 → x = 99
Bài 3: Điện năng được tải từ trạm tăng thế đến trạm hạ thế nhờ các dây
dẫn có điện trở tổng cộng là 20Ω. Ở đầu ra cuộn thứ cấp của máy hạ thế có công
suất là 12kW, cường độ dòng điện 100A. Biết tỉ số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ
cấp của máy tăng thế là 0,1; của máy hạ thế là 10 và hiệu suất 100%.
a) Xác định hiệu điện thế ở 2 đầu cuộn sơ cấp và cường độ dòng điện
trong cuộn sơ cấp máy tăng thế.
b) Nếu tại nơi máy hạ thế ta vẫn cần một dòng điện và công suất như trên
nhưng không dùng máy tăng và hạ thế thì hiệu điện thế hiệu dụng ở nơi truyền
đi phải là bao nhiêu? Sự hao phí trên đường dây sẽ tăng bao nhiêu lần so với khi
dùng 2 máy biến thế.
R = 20Ω
a) - Tại máy hạ thế:
/18
15
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
P4 = 12kW=12.103W
Cuộn thứ cấp: U4 =
I4 = 100A
U
n
→ U3 = 10U4 = 1200V
n3
= 10
n4
→ I3 =
H = 100%
I4
= 10A = I = I2 và P3 = P4 = 12000W
10
∆U = I R =10.20=200(V)
2000(W)
U1, I1?
U?
Php
I
3
3
4
Cuộn sơ cấp: do H = 100%, ta có U I n 10
4
3
4
n1
= 0,1
n2
Php/
P4 12.103
= 120(V)
I4
100
P hp = ∆U.I = 200.10 =
- Tại máy tăng thế:
Cuộn thứ cấp: P2 = P3 + Php = 12000+2000 = 14000(W)
?
U2 = U3 + ∆U = 1200+200 = 1400(V)
U
I
n
1
2
1
Cuộn sơ cấp: U I n 0,1 →U1 = 0,1U2 = 140V
2
1
2
→I1 = 10I2 = 100A
Ta có U4,I4,P4 không đổi
Độ sụt thế trên đường dây là: ∆U / = I4R = 100.20 =
2000(V)
Hiệu điện thế ở nơi truyền đi là: U/ = U4 + ∆U/ = 2120V
Khi không có MBT công suất hao phí trên đường dây là:
P/hp = (I4)2R = 1002.20 = 200000(W)
Php/
Php
200000
= 100 →công suất hao phí tăng100 lần
2000
Bài 4: Từ nơi sản xuất điện năng đến nơi tiêu thụ điện là 2 máy biến thế
và 2 đường dây tải điện nối 2 máy biến thế với nhau. Máy tăng thế A có tỉ số
vòng dây là n1/n2 = 0,1. Đường dây tải điện có điện trở tổng cộng là 10Ω. Máy
hạ thế B có tỉ số vòng dây là n 3/n4 = 15. Nơi tiêu thụ là mạng điện 120V-12kW.
Bỏ qua hao phí điện năng trong 2 máy biến thế và điện trở trong của các cuộn
dây.
a) Tính hiệu điện thế trên cuộn sơ cấp của máy tăng thế.
b) Tính hiệu suất của sự tải điện.
/18
16
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
c) Nếu giữ nguyên đường dây và nhu cầu nơi tiêu thụ là 120V-12kW. Bỏ
2 máy biến thế.
- Hỏi đầu đường dây phải có công suất P 0 và hiệu điện thế U0 là bao
nhiêu?
- Hao phí điện năng tăng lên bao nhiêu lần?
- Hiệu suất giảm bao nhiêu lần?
n1
= 0,1
n2
a) - Tại máy hạ thế B:
P4 12.103
Cuộn thứ cấp: I4 =
= 100 (A)
U4
120
n3
= 15
n4
U
I
n
R = 10Ω
3
3
4
Cuộn sơ cấp: do H = 100%, ta có U I n 15
4
3
4
U4 = 120V
→ U3 = 15U4 = 1800 (V)
P4= 12kW=12000W → I3 = I 4 = 20 A = I = I2 và P3 = P4 = 12000 (W)
15
U1? H?
∆U = I R =
P0? U0?
3
20
200
.10 =
(V)
3
3
Php = ∆U.I =
200 20
4000
.
=
(W)
3
3
9
- Tại máy tăng thế A:
- Cuộn thứ cấp: P2 = P3 + Php = 12000 +
4000
≈ 12444 (W)
9
= P1
U2 = U3 + ∆U = 1800 +
200
5600
=
(V)
3
3
U1 I 2 n1
560
Cuộn sơ cấp: U I n 0,1 →U1 = 0,1U2 =
(V)
3
2
1
2
P
12000
4
b) H = P 12444 ≈ 0,964 = 96,4%
1
c) Bỏ 2 máy biến thế ta có U4,I4,P4 không đổi
U0 = U4 + ∆U/ = U4 + I4R = 120 + 100.10 = 1120 (V)
P0 = U0I4 = 1120.100 = 112000 (W)
Hao phí không có MBT: P/hp = (I4)2R = 1002.10 = 105 (W)
/18
17
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
Php/
105.9
= 225
Php 4000
P
12000
4
Khi bỏ MBT: H/ = P 112000 ≈ 0,107 = 10,7%
0
H
96, 4
Hiệu suất giảm đi là: H / 10, 7 ≈ 9 lần
PHẦN 3. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
1.Kết luận:
Chuyên đề này phần nào tháo gỡ những khó khăn, hạn chế của học sinh
khi làm bài tập về Máy biến thế - Vấn đề truyền tải điện năng đi xa; Giúp các
em nâng cao năng lực nhận thức, sáng tạo, nâng cao kĩ năng vận dụng kiến thức,
trình bày bài tập tự luận.
2.Khuyến nghị:
Vì thời lượng làm bài trên lớp rất ít nên yêu cầu các em học sinh cần hết
sức chú ý về mặt lí thuyết. Học sao cho hiểu và hiểu thực sự, tránh lối thuộc câu
chữ. Cần tăng cường đọc thêm các tài liệu để học tập, rèn luyện thêm. Nên tổ
chức các nhóm học ngoài giờ để thảo luận, nhất là các em trong đội tuyển, hình
thức này nếu được duy trì và kết hợp với sự hỗ trợ của giáo sẽ có hiệu quả rất
lớn.
Ban giám hiệu của nhà trường có kế hoạch bồi dưỡng, kiểm tra thường
xuyên để giúp học sinh có điều kiện để học tập. Cần đầu tư thêm tài liệu học tập
cho đội tuyển HSG.
Đối với nghành, cần có những buổi tập huấn để giáo viên giao lưu, trao
đổi kinh nghiệm và tìm giải pháp cho những khó khăn trong giảng dạy. Đặc biệt,
cần có thêm các hướng dẫn cho các bài tập trong SBT vật lí, nhất là những bài
tập khó để học sinh đại trà có cơ sở trình bày.
Hà Nội, ngày 28 tháng 4 năm 2019
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết.
Không sao chép nội dung của người khác.
NGƯỜI VIẾT
/18
18
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
T
T
Tên tài liệu
Tên tác giả
Nguyễn Cảnh Hòe -
Nhà xuất bản
1
Vật lý nâng cao THCS
2
Bài tập vật lý nâng cao
Ngô Quốc Quýnh
3
Tuyển chọn đề thi vào
lớp 10 chuyên
Nguyễn Quang Hậu
4
Ôn luyện vật lý 9
Đặng Thanh Hải
Giáo dục
5
400 bài tập vật lý 9
Nguyễn Xuân Khoái
Giáo dục
Nguyễn Đức Tài
Đại học SP
6
Tuyển chọn đề thi HSG
Vật lý THCS
Lê Thanh Hoạch
Lương Tất Đạt
Giáo dục
Giáo dục
Hà Nội
7
Tài liệu tự chọn nâng cao Nhiều tác giả
Sở GD Hà Nội
8
Sách giáo khoa, Sách bài
tập Vật lý lớp 9
Giáo dục
9
Mạng internet
/18
Bộ giáo dục - Đào tạo
19
Phương pháp giải bài tập phần máy biến thế - truyền tải điện năng
/18
20
- Xem thêm -