Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Skkn phương pháp giải bài tập phần máy biến thế truyền tải điện năng...

Tài liệu Skkn phương pháp giải bài tập phần máy biến thế truyền tải điện năng

.DOC
20
19
62

Mô tả:

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 -

Tài liệu liên quan