Với Các dạng bài Máy phát điện - Máy biến áp - Truyền tải điện năng có đáp án chi tiết Vật Lí lớp 12 tổng hợp các dạng bài tập, 100 bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết với đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Máy phát điện - Máy biến áp - Truyền tải điện năng từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 12.
Cách giải bài tập về Máy phát điện xoay chiều
1. Phương pháp
Công thức cần nhớ:
- Khi máy phát điện có p cặp cực, roto quay với tốc độ n vòng/giây, tần số dòng điện do máy phát ra sẽ là f = p.n.
- Khi máy phát điện có p cặp cực, roto quay với tốc độ n vòng/phút, tần số dòng điện do máy phát ra sẽ là: f = p.n / 60
- Một cuộn dây ứng một cặp cực
- Công suất tiêu thụ trên động cơ điện: Php + Pch = Ptt → I2r + P = UIcosφ
2. Ví dụ
Ví dụ 1: Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là roto gồm 4 cặp cực [4 cực nam và 4 cực bắc]. Để suất điện động do máy này sinh ra có tần số 50Hz thì roto phải quay với tốc độ:
A. 750 vòng/phút B. 75 vòng/phút
C. 25 vòng/phút D. 480 vòng/phút
Hướng dẫn:
Để ý thấy trong các đáp án, đơn vị của tốc độ quay của roto là vòng/phút.
Do đó ta có công thức: f = p.n / 60 ⇒ n = 60f / p
Ở đây, f = 50 Hz, p = 4, do đó: n = 60f / p = 60.50 / 4 = 750 [vòng/phút]
Đáp án A
Ví dụ 2: Một động cơ điện xoay chiều khi hoạt động bình thường với điện áp hiệu dụng 220V thì sinh ra công suất cơ học 170W. Biết động cơ có hệ số công suất là 0,85 và công suất tỏa nhiệt trên dây quấn động cơ là 17W. Bỏ qua các hao phí khác, cường độ dòng điện cực đại qua động cơ là:
A. 2A. B. √3 A. C. 1A. D. √2 A
Hướng dẫn:
Ta có:
Do đó Io = I√2 = √2
Đáp án D.
Ví dụ 3: Một động cơ điện xoay chiều có điện trở dây cuốn là 32Ω , khi mắc vào mạch điện áp hiệu dụng 220V thì sản ra công suất 43W. Biết hệ số công suất là 0,9. Tính cường độ dòng điện chạy qua động cơ.
A. 0,5A B. 0,25A C. 1A D. 2A
Hướng dẫn:
Ta có biểu thức công suất tiêu thụ của động cơ:
I2r + Pch = UIcosφ
Trong đó, r = 32Ω, U = 200V , Pd = 43W, cosφ = 0,9 . Khi đó phương trình trên trở thành: 32I2 - 180I + 43 = 0
⇒ I1 = 43/8 [A] hoặc I2 = 0,25A [loại I1 vì quá lớn, không phù hợp với thực tế].
Đáp án B
Cách giải bài tập về Máy biến áp
1. Phương pháp
- Suất điện động trong cuộn dây sơ cấp:
- Suất điện động trong cuộn dây thứ cấp:
Trong đó e1 được coi như nguồn thu: e1 = u1 - i1r1
e2 được coi như nguồn phát:
Nếu k > 1 thì U1> U2, khi đó máy là máy hạ áp
Nếu k < 1 thì U1< U2, khi đó máy là máy tăng áp
- Công suất của máy biến thế:
• Cuộn sơ cấp: P1 = U1I1cosφ1
• Cuộn thứ cấp: P2 = U2I2cosφ2
- Hiệu suất của máy biến thế:
- Nếu bỏ qua hao phí tiêu thụ điện năng tức: cosφ1 = cosφ2 và H = 1 thì ta có:
2. Ví dụ
Ví dụ 1: Một máy biến áp lí tưởng có cuộn sơ cấp gồm 1000 vòng, cuộn thứ cấp gồm 50 vòng. Ðiện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn sơ cấp là 220 V. Bỏ qua hao phí. Ðiện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp để hở là:
A. 440 V. B. 44 V. C. 110 V. D. 11 V
Hướng dẫn:
Áp dụng mối liên hệ giữa điện áp hiệu dụng và số vòng dây ta có:
Đáp án D.
Ví dụ 2: Một máy biến áp có số vòng dây trên cuộn sơ cấp và số vòng dây của cuộn thứ cấp là 2000 vòng và 500 vòng. Ðiện áp hiệu dụng và cường độ hiện dụng ở mạch thứ cấp là 50 V và 6 A. Xác định điện áp hiệu dụng và cường dộ hiệu dụng ở mạch sơ cấp
A. 200V; 1,5A B. 100V; 3A
C. 200V; 3A D. 100V; 1,5A
Hướng dẫn:
Ta có:
Đáp án A.
Ví dụ 3: Một học sinh quấn một máy biến áp với dự định số vòng dây của cuộn sơ cấp gấp hai lần số vòng dây của cuộn thứ cấp. Do sơ suất nên cuộn thứ cấp bị thiếu một số vòng dây. Muốn xác định số vòng dây thiếu để quấn tiếp thêm vào cuộn thứ cấp cho đủ, học sinh này đặt vào hai dầu cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng không đổi, rồi dùng vôn kế xác định tỉ số điện áp ở cuộn thứ cấp để hở và cuộn sơ cấp. Lúc dầu tỉ số điện áp bằng 0,43. Sau khi quấn thêm vào cuộn thứ cấp 24 vòng dây thì tỉ số điện áp bằng 0,45. Bỏ qua mọi hao phí trong máy biến áp. Ðể được máy biến áp đúng như dự định, học sinh này phải tiếp tục quấn thêm vào cuộn thứ cấp:
A. 40 vòng dây. B. 84 vòng dây. C. 100 vòng dây. D. 60 vòng dây.
Hướng dẫn:
Ta có:
Khi đó: N1 = N2 / 0,43 = 1200
Để mắc biến áp đúng như dự định, học sinh cần phải quấn thêm n vòng dây:
Đáp án D.
Cách giải bài tập về Truyền tải điện năng
1. Phương pháp
- Giả sử điện áp và cường độ dòng điện luôn cùng pha. Tức là: cosφ = 1
- Công suất hao phí trên đường dây là:
Trong đó: [R, r là điện trở của dây dẫn]
P là công suất nhà máy phát điện [P = PA] ; U là hiệu suất 2 đầu dây [U = U'A]
- Độ giảm điện áp trên đường dây tải điện: ΔU = U'A - UB = U - UB = I. R
- Biện pháp giảm hao phí trên đường dây tải: Giảm R, tăng U.
- Công thức điện trở đường dây:
2. Ví dụ
Ví dụ 1: Từ một máy phát điện người ta muốn truyền tới nơi tiêu thụ, bằng đường dây tải điện có điện trở 4 Ω và hệ số công suất bằng 1. Biết hiệu suất truyền tải là 98% và nơi tiêu thụ nhận được công suất 196kW. Điện áp hiệu dụng đưa lên đường dây là
A. 10 kV.
B. 200 kV.
C. 40 kV.
D. 30 kV.
Hướng dẫn:
Đáp án B
Ví dụ 2: Người ta cần tải đi một công suất 1 MW từ nhà máy điện về nơi tiêu thụ. Dùng hai công tơ điện đặt ở biến thế và ở nơi tiêu thụ thì thấy số chỉ của chúng chênh lệch nhau mỗi ngày đêm là 216 kW. Tỉ lệ hao phí do truyền tải điện năng đi là
A. 0,80%.
B. 0,85%.
C. 0,9%.
D. 0,95%.
Hướng dẫn:
Công suất hao phí trên đường dây tải điện:
Tỉ lệ hao phí do truyền tải điện năng đi là:
Đáp án C
Ví dụ 3: Ðiện năng từ một trạm phát diện được đưa đến một khu tái định cư bằng đường dây truyền tải một pha. Cho biết, nếu điện áp tại đầu truyền đi tăng từ U lên 2U thì số hộ dân duợc trạm cung cấp đủ diện năng tăng từ 120 lên 144. Cho rằng chi tính đến hao phí trên đường dây, công suất tiêu thụ điện của các hộ dân đều như nhau, công suất của trạm phát không đổi và hệ số công suất trong các trường hợp đều bằng nhau. Nếu điện áp truyền đi là 4U thì trạm phát huy này cung cấp đủ điện năng cho:
A. 168 hộ dân. B. 150 hộ dân. C. 504 hộ dân. D. 192 hộ dân.
Hướng dẫn:
U tăng n lần thì công suất hao phí giảm n2 lần.
Gọi Po là công suất tiêu thụ của mỗi hộ dân.
Lúc đầu P1 = P - ΔP = 120Po
Khi điện áp tăng lên 2 lần thì
Giải hệ phương trình ta suy ra:
Khi điện áp tăng lên 4 lần:
Đáp án B