Bài 16. Truyền tải điện năng. Máy biến áp

TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP

I. Bài toán truyền tải điện năng đi xa

Điện năng phát ra từ nhà máy điện được truyền đến nơi tiêu thụ trên đường dây có điện trở tổng cộng là \(r\).

Công suất hao phí hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây là

\(P_{hp}=rI^2=P_p^2.\frac{r}{U_p^2}\)

Để giảm hao phí, người ta tìm cách tăng điện áp nơi nguồn phát và khi tới nơi tiêu thụ lại giảm điện áp đi. Điều này được thực hiện nhờ 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 và nguyên tắc hoạt động của máy biến áp:

• Bộ phận chính là khung bằng sắt non có pha silic gọi là lõi biến áp cùng với 2 cuộn dây dẫn có điện trở nhỏ và độ tự cảm lớn cuốn trên 2 cạnh của khung
• Cuộn thứ nhất có \(N_1\) vòng gọi là cuộn sơ cấp, cuộn thứ hai có \(N_2\) vòng gọi là cuộn thứ cấp
• Từ thông qua cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp

\(\phi_1=N_1\phi_0cos\omega t\)

\(\phi_2=N_2\phi_0cos\omega t\)

• Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng

 \(e_2=\frac{d\phi_2}{dt}=N_2\omega\phi_0sin\omega t\)

Như vậy trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện xoay chiều cùng tần số với dòng điện ở cuộn sơ cấp.

Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp cho thấy

\(\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}\)

Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp luôn bằng tỉ số các số vòng dây của hai cuộn đó.

• Nếu \(\frac{N_2}{N_1}>1\): máy tăng áp
• Nếu \(\frac{N_2}{N_1}< 1\): máy hạ áp

Trong trường hợp máy biến áp lí tưởng (hiệu suất gần 100%), công suất ở hai đầu cuộn dây bằng nhau: \(U_1I_1=U_2I_2\)

\(\Rightarrow\frac{U_2}{U_1}=\frac{I_1}{I_2}=\frac{N_2}{N_1}\)

III. Ứng dụng của máy biến áp

• Máy biến áp được sử dụng trong truyền tải điện năng đi xa

• Ngoài ra máy hàn điện nấu chảy kim loại cũng hoạt động theo nguyên tắc máy biến áp