Chuyên đề tính Hiệu suất truyền tải điện và Công suất hao phí trên đường dây

HIỆU SUẤT TRUYỀN TẢI ĐIỆN và CÔNG SUẤT HAO PHÍ TRÊN ĐƯỜNG DÂY

1. Một máy phát điện cung cấp cho mạch ngoài một công suất P₁ = 200KW. Hiệu điện thế giữa hai cực máy phát U₁ = 4KV. Dòng điện đi ra được đưa vào cuộn sơ cấp của máy biến thế có hiệu suất H = 100%. Tỷ số vòng giây cuốn thứ cấp và cuộn sơ cấp của máy biến thế là n . Dòng điện được dẫn đến nơi tiêu thu bằng hệ thống dây dẫn có điện trở R_d = 40 W.

a) Tìm công suất và hiệu điện thế tại nơi tiêu thụ. Tìm hiệu suất truyền tải điện. Biết n = 4.

b) Hiệu suất truyền tải điện thay đổi như thế nào nếu n tăng. Từ đó có nhận xét gì về công dụng máy biến thế.

2. Một máy biến thế có số vòng giây cuốn sơ cấp N₁ = 320 vòng giấy và cuộn thứ cấp N₂ = 4800 vòng giây. Hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu cuốn sơ cấp U₁ = 50V công suất P₁ = 1000 W. Hiệu điện thế cùng pha với dòng điên. Máy biến thế có hiệu suất H = 90%. Dòng điện được dẫn đến nơi tiêu thu bằng hệ thống dây dẫn có điện trở R = 20W. Tìm công suất hao phí trên đường dây, công suất và hiệu điên thế tại nơi tiêu thụ, hiệu suất truyền tải điện.

3. Điện năng được tải từ trạm tăng thế đến trạm hạ thế nhờ các dây dẫn có điện trở tổng cộng R = 20W. ở đầu ra ở cuộn thứ cấp của máy hạ thế có hiệu điện thế 12 kW, cường độ dòng điện 100A. Biết tỷ số của số vòng giây cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy tăng thế là 10, của máy hạ thế là 0,1 và hiệu suất 100%.

a) Xác định hiệu điện thế ở hai đầu cuôn sơ cấp và cường độ dòng điện trong cuôn 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 không dùng hai máy biến thế.

4. Hai thành phố A và B cách nhau 100 Km. Điện năng được truyền tải từ máy tăng thế ở nơi A tới máy hạ thế ở nơi B, bằng hai ống giây đồng tiết diện tròn, đường kính d = 1cm. Cường độ dòng điện trên đường dây tải I = 50A, công suất tiêu hao trên đường dây bằng 5% công suất tiêu thụ ở B và hiệu điện thế hai đầu cuộn thứ cấp máy hạ thế B là U_2B = 200V.

a) Tính công suất tiêu thụ ở B.

b) Tính tỷ số vòng giây giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy hạ thế B.

c) Tính hiệu điện thế giửa hai đầu cuồn thứ cấp của máy tăng thế A.

Lấy p = 3,2; điên trở suất của dây đồng r = 1,6.10^-8Wm. Hiệu suất các máy biến thế 100%.

5. Có hai cụm dân cư cùng sử dụng một trạm điện và dùng chung một đường dây nối tới trạm. Hiệu điện thế tại trạm không đổi và bằng 220V. Tổng công suất tiêu thụ ở hiệu điện thế định mức 220V của các đồ dùng điện ở hai cụm là như nhau và bằng P₀ = 55kW. Khi chỉ có cụm 1 dùng điện thì thấy công suất tiêu thụ thực tế của cụm này chỉ là P₁ = 50,688 kW. Hình 134.

a) Tính công suất hao phí trên dây tải từ trạm tới cụm 1.

b) Khi hai cụm cùng dùng điện (cầu dao K đóng) thì công suất tiêu thụ thực tế của cụm 2 là P₂ = 44,55kW. Hỏi khi đó hiệu điện thế thực tế của cụm 1 bằng bao nhiêu? Biết rằng điện trở của các dụng cụ điện và dây nối không phụ thuộc vào công suất sử dụng.

 

ĐÁP ÁN HƯỚNG DẪN

1. a)  Hình 200.

Gọi P2, U₂, I₂ và P₃, U₃, I₃ lần lượt là công suất, hiệu điện thế, cường độ dòng điện tại cuộn thứ cấp và nơi tiêu thụ.

Tại cuôn sơ cấp:

\({I_1} = \frac{{{P_1}}}{{{U_1}}} = \frac{{{{200.10}^3}}}{{{{4.10}^3}}} = 50\;(A)\)

Do hiệu suất của máy biến thế 100% nên ta áp dụng công thưc máy biến thế:

          \(\begin{array}{l} \frac{{{U_2}}}{{{U_1}}} = \frac{{{I_1}}}{{{I_2}}} = \frac{{{N_2}}}{{{N_1}}} = n\\ \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {U_2} = n{U_1} = 4n\;(kV)\\ {I_2} = \frac{{{I_1}}}{n} = \frac{5}{n}\;A = I = {I_3} \end{array} \right. \end{array}\)             

Và P₂ = P₁ = 200 kW.

Công suất hao phí trên điện trở R là:

\(\Delta P = {I^2}R = \frac{{25}}{{{n^2}}}.40 = \frac{{1000}}{{{n^2}}}\;(W) = \frac{1}{{{n^2}}}\;\left( {kW} \right)\)              

Độ sụt thế trên điện trở R là:

\(\Delta U = IR = \frac{5}{n}40 = \frac{{200}}{n}\;(V) = \frac{{0,2}}{n}\;(kV)\)

Tại nơi tiêu thụ ta có công suất là:

\({P_3} = {P_2} - \Delta P = 200 - \frac{1}{{{n^2}}}\;kW\)        

Hiệu điện thế là:

\({U_3} = {U_2} - \Delta U = 4n - \frac{{0,2}}{n}\;(kV)\)

Áp dụng cho n = 4 ta được:

\(\begin{array}{l} {P_3} = 200 - \frac{1}{4} = 199,75\;kW\\ {U_3} = 4.4 - \frac{{0,2}}{4} = 15,95\;(kV) \end{array}\)

Hiệu suất truyền tải điện năng:

\(\begin{array}{l} H = \frac{{{P_3}}}{{{P_1}}}.100\% = \frac{{200 - 1/{n^2}}}{{200}}.100\% \\ = \left( {100 - \frac{1}{{2{n^2}}}} \right) \approx 99,97\% \end{array}\)

b) Hiệu suất truyền tải điên năng:

\(H = \left( {100 - \frac{1}{{2{n^2}}}} \right)\% \)

Khi tăng n thì hiệu suất truyền tải điện năng tăng. Công dụng máy biến thế là giảm hao phí điện năng.

ĐS: a) 199,75kW; 15,95kV; 99,97%; b) n tăng thì H cũng tăng.

2. Hình 201.

Gọi P2, U2, I2 và P3, U3, I3 lần lượt là công suất, hiệu điện thế, cường độ dòng điện tại cuộn thứ cấp và nơi tiêu thụ.

Tại cuôn sơ cấp:

\({I_1} = \frac{{{P_1}}}{{{U_1}}} = \frac{{1000}}{{50}} = 20\;(A)\)

Do hiệu suất của máy biến thế 90% nên công thưc máy biến thế chỉ áp dụng cho hiệu điện thế.

\(\begin{array}{l} \frac{{{U_2}}}{{{U_1}}} = \frac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\\ \Rightarrow {U_2} = \frac{{4800}}{{320}}.50 = 750\;(V)\\ {P_2} = H{P_1} = 0,9.1000 = 900\;(W) \end{array}\)

Cường độ dòng điện hiệu dụng:

\({I_2} = \frac{{{P_2}}}{{{U_2}}} = \frac{{900}}{{750}} = 1,2\;(A) = I = {I_3}\)

Công suất hao phí trên điện trở R là:

\(\Delta P = {I^2}R = 1,{2^2}20 = 28,8\;(W)\)   

Độ sụt thế trên điện trở R là:

\(\Delta U = IR = 1,2.20 = 24\;(V)\)

Tại nơi tiêu thụ ta có công suất là:

\({P_3} = {P_2} - \Delta P = 900 - 28,8 = 871,2\;(W)\)

Hiệu điện thế là:

\(\begin{array}{l} {U_3} = {U_2} - \Delta U = 750 - 24 = 726\;(V)\\ H = \frac{{{P_3}}}{{{P_1}}}.100\% = \frac{{871,2}}{{1000}}.100\% = 87,12\% \end{array}\)

ĐS: 228,8W; 871,2W; 726V; 87,12%.

...

---Để xem tiếp nội dung phần Hướng dẫn giải và đáp án, các em vui lòng đăng nhập vào trang Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy tính---

 

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Tài liệu Chuyên đề tính Hiệu suất truyền tải điện và Công suất hao phí trên đường dây môn Vật lý 9 năm học 2019-2020. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào website Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Lý thuyết và bài tập ôn tập Từ trường- Cảm ứng điện từ môn Vật lý 9 năm học 2019-2020

• Lý thuyết bổ trợ và nâng cao chương 1 Điện Học môn Vật lý 9

​Chúc các em học tập tốt !