I – MÁY BIẾN ÁP.
1. Khái niệm
– Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) và không làm thay đổi tần số của nó.
2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
* Cấu tạo
– Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vòng và cuộn thứ cấp có N2 vòng. Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fu-cô và tăng cường từ thông qua mạch.
– Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà U2
– Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện.
* Nguyên tắc hoạt động:
Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
– Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là \({\Phi _1} = {\rm{ }}{N_1}{\Phi _0}cos(\omega t)\) và \({\Phi _2} = {\rm{ }}{N_2}{\Phi _0}cos(\omega t)\)
– Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức \({e_2} = – \frac{{d\Phi }}{{dt}} = {N_2}\omega {\Phi _0}sin\omega t\)
3. Khảo sát máy biến áp
Gọi N1, N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
Suy ra, tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương ứng \(\frac{{{e_2}}}{{{e_1}}} = \frac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\)
Tỉ số e2/e1 không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta được \(\frac{{{E_2}}}{{{E_1}}} = \frac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\)(1)
Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên U1 = E1, khi mạch thứ cấp hở nên U2 = E2, (2)
Từ (1) và (2) ta được \(\frac{{{N_2}}}{{{N_1}}} = \frac{{{U_2}}}{{{U_1}}}\), (*)
* Nếu N2 > N1 U2 > U1 : gọi là máy tăng áp.
* Nếu N21 U21 : gọi là máy hạ áp.
Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi như công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp như nhau.
\( \to {P_1} = {\rm{ }}{P_2} \leftrightarrow {U_1}{I_1} = {\rm{ }}{U_2}{I_2}\) (**)
Từ (*) và (**) ta có \(\frac{{{U_1}}}{{{U_2}}} = \frac{{{N_1}}}{{{N_2}}} = \frac{{{I_2}}}{{{I_1}}}\)
Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm bấy nhiêu lần và ngược lại.
Công thức (*) luôn được áp dụng cho máy biến áp, còn công thức (**) chỉ được áp dụng khi hao phí không đáng kể hoặc hai đầu cuộn thứ cấp để hở
II – TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG.
Công suất cần truyền tải điện năng \({\bf{P}}{\rm{ }} = {\rm{ }}{\bf{UIcos}}\varphi \) , (1)
Trong đó P là công suất cần truyền đi, U là điện áp tại nơi truyền đi, I là cường độ dòng điện trên dây dẫn truyền tải, cosφ là hệ số công suất.
Đặt \(\Delta P{\rm{ }} = {\rm{ }}{I^2}R\) là công suất hao phí, từ (1) suy ra \(I = \frac{P}{{Uc{\rm{os}}\varphi }} \to \Delta P = {I^2}R = {\left( {\frac{P}{{U\cos \varphi }}} \right)^2}R = \frac{{{P^2}}}{{{{\left( {U\cos \varphi } \right)}^2}}}R\)
với R là điện trở đường dây. Vậy công suất tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng đi xa là:
\(\Delta P = \frac{{{P^2}}}{{{{\left( {U\cos \varphi } \right)}^2}}}R\)
Để khi đến nơi sử dụng thì mục tiêu là làm sao để giảm tải công suất tỏa nhiệt P để phần lớn điện năng được sử dụng hữu ích ta phải tăng U.