1. Hãy giải thích tại sao trong thực tế truyền tải điện năng đi xa người ta thường chỉ sử dụng phương án b và d.
2. Thảo luận để đánh giá vai trò của máy biến áp trong việc giảm hao phí năng lượng điện khi truyền tải điện năng đi xa.
3. Nêu ưu điểm của dòng điện và điện áp xoay chiều trong truyền tải năng lượng điện về phương diện khoa học và kinh tế.
Vận dụng lí thuyết truyền tải điện năng đi xa
1. Hao phí trên đường truyền tải điện được tính theo công thức: \({P_{hp}} = \frac{{{P^2}}}{{{U^2}}}R\)
Trong thực tế truyền tải điện năng đi xa người ta thường chỉ sử dụng:
- Phương án b: Sử dụng dây dẫn có điện trở suất nhỏ như đồng, nhôm…để giảm điện trở của dây, từ đó giảm hao phí. Đây là phương án tốn ít chi phí nhưng có hiệu quả cao;
- Phương án d: Tăng điện áp hiệu dụng ở nhà máy phát điện khi đưa lên đường dây và giảm điện áp hiệu dụng ở nơi tiêu thụ tới giá trị cần thiết. Vì điện áp càng lớn, hap phí càng giảm (khi tăng điện áp lên gấp 10 lần, thì hao phí giảm 100 lần).
Người ta hạn chế sử dụng:
- Phương án a: giảm khoảng cách truyền từ nhà máy đến nơi tiêu thụ. Vì trên thực tế, nhà máy phát điện có quy mô to nên thường được đặt ở những khu riêng biệt, xa nội thành, gần sông, hồ…Nơi tiêu thụ thường là những khu dân cư, đô thị,...Vì vậy, rất khó để giảm khoảng cách truyền từ nhà máy đến nơi tiêu thụ;
- Phương án c: tăng tiết diện dây dẫn. Vì khi tăng tiết diện sẽ dẫn đến hao phí, tốn kém. Và dây dẫn quá to sẽ dẫn đến cồng kềnh trong quá trình truyền tải điện đi xa.
2. Khi đặt một máy tăng áp ở đầu đường dây truyền tải điện, điện áp sẽ tăng lên giúp giảm hao phí trong quá trình truyền tải một cách hiệu quả nhất. Khi đến nơi tiêu thụ, ta đặt một máy hạ áp ở cuối đường dây để điện áp được hạ xuống phù hợp với mục đích sử dụng.
3. Dòng điện xoay chiều phù hợp cho việc truyền tải điện năng xa vì có các ưu điểm sau:
a. Khả năng truyền điện xa: Dòng điện xoay chiều có khả năng truyền tải điện năng xa một cách dễ dàng và thuận tiện. Điều này là do dòng điện xoay chiều có thể tăng hoặc hạ điện áp dễ dàng thông qua máy biến áp, giúp điều chỉnh điện áp theo yêu cầu. Do đó, việc truyền tải điện năng qua các đường dây điện dài và xa không gặp nhiều khó khăn.
b. Giảm hao phí: Với dòng điện xoay chiều, ta có thể sử dụng máy biến áp để tăng hoặc hạ điện áp dễ dàng. Điều này giúp giảm hao phí trong quá trình truyền tải điện năng xa, so với việc sử dụng dòng điện một chiều cần sử dụng các thiết bị điều chỉnh điện áp phức tạp hơn.
c. Tiện lợi và linh hoạt: Máy biến áp dùng trong hệ thống dòng điện xoay chiều giúp dễ dàng điều chỉnh và kiểm soát điện áp. Điều này cho phép hệ thống có khả năng thích ứng và linh hoạt hơn trong việc truyền tải điện năng xa, đặc biệt khi có sự thay đổi về tải trọng hoặc điều kiện mạng lưới.
d. Hiệu quả cao: Dòng điện xoay chiều có hiệu suất truyền tải điện cao hơn so với dòng điện một chiều. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu tổn thất trong quá trình truyền tải điện năng xa.
Tổng hợp lại, dòng điện xoay chiều thích hợp cho truyền tải điện năng xa do có khả năng truyền điện xa dễ dàng, giảm hao phí, tiện lợi và linh hoạt, cũng như hiệu suất truyền tải cao.
Các bài tập cùng chuyên đề
Máy biến áp có vai trò rất quan trọng trong truyền tải điện năng đi xa. Vậy máy biến ám có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động như thế nào?
Tại sao lõi biến áp không làm bằng sắt nguyên khối mà bằng các lá thép được ghép cách điện với nhau?
1. Từ thông qua một vòng dây của cuôn sơ cấp có biểu thức: \(\Phi = {\Phi _0}\cos \omega t\)
Vận dụng định luật Faraday về cảm ứng điện từ để chứng minh tỉ số giữa suất điện động hiệu dụng trong cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp bằng tỉ số giữa vòng dây của hai cuộn đó.
2. Nêu nguyên tắc hoạt động của máy biến áp
Trong truyền tải điện năng đi xa, dòng điện xoay chiều có ưu điểm gì do với dòng điện một chiều.
Để truyền tải năng lượng điện đi xa, người ta phải tăng điện áp trước khi truyền. Đến nơi tiêu thụ, phải hạ điện áp để phù hợp với điện áp của các thiết bị trong sản xuất và đời sống. Vì sao phải làm như vậy, thiết bị nào có thể thực hiện được điều đó?
Vì sao muốn giảm điện trở r của dây dẫn, phải tăng tiết diện dây?
Nêu và phân tích một số biện pháp giảm hao phí năng lượng điện khi truyền điện đi xa?
Tìm hiểu cấu tạo của một máy biến áp và giải thích vì sao lõi của máy biến áp thường làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silicon, ghép cách điện với nhau.
Vì sao từ thông ở cuộn dây B lại thay đổi khi đóng hoặc ngắt khóa K (Hình 2.3)?
Nêu cơ sở khoa học chứng tỏ ưu điểm của dòng điện xoay chiều và máy biến áp trong truyền tải năng lượng điện
Điện trở của diode có mối liên hệ như thế nào với sự phân cực của diode?
Dòng điện xoay chiều tại nơi tiêu thụ (nhà máy, xí nghiệp, hộ gia đình,…) thường có điện áp hiệu dụng khoảng 380V hoặc 220V. Tuy nhiên tại nơi sản xuất điện (nhà máy điện), điện áp được tăng lên rất lớn (220 kV hoặc 500 kV) trước khi truyền tải đi xa (Hình 2.1). Tại sao lại phải tăng điện áp trước khi truyền tải điện năng đi xa, làm thế nào để có thể tăng được điện áp của dòng điện xoay chiều?
Nối nguồn điện (220V – 50Hz) với một máy biến áp dùng trong phòng thí nghiệm có điện áp ở đầu ra dưới 18 V. Dùng đồng hồ đo điện đa năng hiện số (có chức năng đo tần số) đo điện áp và tần số ở đầu ra của máy biến áp, so sánh với điện áp và tần số của nguồn điện.
Từ biểu thức từ thông qua mỗi vòng dây \(\phi = {\phi _0}\cos \omega t\), hãy chứng minh biểu thức: \(\frac{{{E_1}}}{{{E_2}}} = \frac{{{U_1}}}{{{U_2}}} = \frac{{{N_1}}}{{{N_2}}}\).
Có thể dùng máy biến áp để thay đổi điện áp của dòng điện không đổi hay không? Giải thích.
Một máy hạ áp có số vòng dây cuộn sơ cấp là 2000 vòng được nối vào dòng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng là 220 V. Biết điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp là 100 V, tính số vòng dây cuộn thứ cấp.
Cuộn sơ cấp của một máy biến áp được nối với mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 380 V. Khi đó, cuộn thứ cấp có điện áp hiệu dụng và cường độ dòng điện hiệu dụng lần lượt là 20V và 1,5A. Biết số vòng dây cuộn thứ cấp là 20 vòng. Tính số vòng dây và cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn sơ cấp. Bỏ qua hao phí điện năng trong máy biến áp.
Nhận định nào sau đây là đúng khi nói về máy biến áp?
A. Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều nhưng không làm thay đổi tần số dòng điện.
B. Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều cả về độ lớn và tần số của dòng điện.
C. Máy biến áp là thiết bị không tiêu thụ điện năng, chỉ chuyển hoá điện áp của dòng điện.
D. Máy biến áp là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ có phần lõi sắt là nam châm vĩnh cửu.
Nhận định nào sau đây là không đúng khi nói về vai trò của máy biến áp trong truyền tải điện năng?
A. Máy biến áp có vai trò quan trọng trong chuyển đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều giúp dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi hiện nay.
B. Máy biến áp có vai trò lớn trong truyền tải điện năng đi xa, giúp giảm hao phí trên đường truyền.
C. Máy biến áp có vai trò quan trọng trong truyền tải dòng điện xoay chiều giúp tăng điện áp trước khi truyền và giảm điện áp ở nơi sử dụng.
D. Máy biến áp có vai trò lớn trong việc giảm chi phí truyền tải điện năng từ nhà máy đến nơi sử dụng.
Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của máy biến áp lí tưởng điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi. Nếu quấn thêm vào cuộn thứ cấp \(90\) vòng thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở thay đổi \(30\% \) so với lúc đầu. Tính số vòng dây ban đầu ở cuộn thứ cấp.
Một máy biến thế có cuộn sơ cấp 1000 vòng dây được mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220 V. Khi đó điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp đế hở là 484 V. Bỏ qua mọi hao phí của máy biến thế. Cuộn thứ cấp có bao nhiêu vòng?
Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của một máy biến áp lí tưởng có số vòng dây lần lượt là N1 và N2. Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U1 vào hai đầu cuộn sơ cấp thì điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là U2. Hệ thức đúng là
