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 Φ1=N1Φ0cos(ωt) và Φ2=N2Φ0cos(ωt)
- Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức e2=−dΦdt=N2ωΦ0sinωt
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 e2e1=N2N1
Tỉ số e2/e1 không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta được E2E1=N2N1(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 N2N1=U2U1, (*)
* Nếu N2 > N1 U2 > U1 : gọi là máy tăng áp.
* Nếu N2 < N1 U2 < U1 : 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.
→P1=P2↔U1I1=U2I2 (**)
Từ (*) và (**) ta có U1U2=N1N2=I2I1
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 P=UIcosφ , (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 ΔP=I2R là công suất hao phí, từ (1) suy ra I=PUcosφ→ΔP=I2R=(PUcosφ)2R=P2(Ucosφ)2R
với R là điện trở đường dây. Vậy công suất tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng đi xa là:
ΔP=P2(Ucosφ)2R
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.