SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT VĨNH LỘC
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
MỘT SỐ KIẾN GIẢI VỀ MÁY BIẾN ÁP, CÁC
DẠNG BÀI TẬP VỀ MÁY BIẾN ÁP VÀ
SỰ TRUYỀN TẢI
ĐIỆN NĂNG
Người thực hiện: Lê Thị Hoa
Chức vụ: Giáo viên
1
Sáng kiến kinh nghiệm thuộc môn: Vật LýTHANH HOÁ NĂM 2013
Mục lục
Nội dung
Trang
Phần I: Mở đầu
2
I. Lý do chọn đề tài
2 II. Nhiệm vụ của đề tài
2
Phần II: Nội dung
2
I. Tóm tắt sơ lược lý thuyết về máy biến áp và
truyền tải điện năng 2 II. Một
số kiến giải liên quan đến máy biến áp
5
1. Tại sao máy biến áp lại có lõi thép
5
2. Có thể dùng máy biến áp để tăng hiệu lực điện thế

quan trọng của chương trình vật lý 12 cũng là một
chương có khá nhiều câu hỏi lý thuyết cũng như bài tập
trong đề thi đại học. Do đó việc hệ thống hóa, phân loại
và hướng dẫn học sinh tìm ra bản chất vật lý của từng
nội dung, nhằm củng cố kiến thức hướng dẫn học sinh
suy luận và phương pháp giải bài tập ở mức độ cao
hơn, khó hơn tổng quát hơn là vô cùng quan trọng.
Trong đề tài này, tôi mạnh dạn đưa ra mong muốn góp
một tiếng nói nhỏ về: “Đề tài một số kiến giải về máy
biến áp, các dạng bài tập về máy biến áp và sự truyền
tải điện năng”. Vẫn biết rằng đó là vấn đề quá quen
thuộc nhưng tác giả vẫn hy vọng rằng người đọc sẽ
thấy chút gì đó mới mẻ và có ích.
II. Nhiệm vụ của đề tài:
Đề tài nêu và giải quyết vấn đề sau:
1. Tóm tắt sơ lược lý thuyết máy biến áp và truyền
tải điện năng.
2. Một số kiến giải liên quan đến máy biến áp.
3. Các dạng bài tập về máy biến áp và truyền tải
điện năng.
4. Các bài toán đề xuất và đáp số.
III. Phạm vi nghiên cứu
Học sinh lớp 12 và học sinh luyện thi đại học.
PHẦN II: NỘI DUNG
I. Tóm tắt sơ lược lý thuyết máy biến áp và
truyền tải điện năng.
5
1. Máy biến áp.
1.1. Định nghĩa: Máy
biến áp là một

, N
2
là số vòng dây của cuộn sơ
cấp và cuộn thứ cấp ( xem hình bên)
- Khi nối cuộn sơ cấp với mạch điện xoay chiều
có hiệu điện thế hiệu dụng U
1
, dòng điện xoay chiều i
1
,
trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến
thiên điều hoà tập trung trong lõi biến áp. Tại mọi thời
điểm từ thông φ qua mọi tiết diện của lõi có giá trị tức
thời như nhau. Trong khoảng thời gian
t
∆
rất nhỏ từ
thông biến thiên gây ra ở mỗi cuộn dây sơ cấp là:
t
Ne
∆
∆Φ
−=
11
, còn ở cuộn thứ cấp là:
t
Ne
∆
∆Φ
−=

2
1
2
N
N
e
e
u
u
=≈
(2).
- Hiệu điện thế và suất điện động ở hai đầu sơ cấp
và thứ cấp biến thiên điều hòa cùng pha, cùng tần số,
nên ta có thể thay giá trị tức thời bằng giá trị hiệu dụng:
1
2
1
2
N
N
U
U
=
(3)
- Vậy tỉ số hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn
thứ cấp và sơ cấp bằng tỉ số vòng dây của hai cuộn đó.
+ Nếu N
2
> N
1

I
1
và P
2
= U
2
I
2
. Nếu
coi những hao phí do các dòng Fucô trong lõi và do toả
nhiệt trên các cuộn dây là không đáng kể, thì điện năng
qua máy biến thế được bảo toàn, nghĩa là công suất ở
hai mạch sơ cấp và thứ cấp là như nhau: P
1
= P
2
.
Suy ra
1
2
1
2
2
1
N
N
U
U
I
I

truyền tải điện từ nhà máy phát điện và R là điện trở
tổng cộng của các dây dẫn trên đường dây tải điện.
Cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây tải điện
là
U
P
I =
. Do đó theo Jun-Lenxơ, công suất hao phí ∆P
trên đường dây do toả nhiệt bằng:

2
22
U
R
PRIP
==∆
- Trong công thức đó: công suất P có giá trị không
đổi. Do đó muốn giảm công suất hao phí ∆P phải giảm
R hoặc tăng U, Hoặc vừa giảm R vừa tăng U. Trong
thực tế không thể giảm R nhiều được vì theo công thức
S
R

ρ
=
, muốn giảm R phải tăng tiết diện S đây là cách
làm khá tốn kém vì tốn nhiều kim loại làm dây và phải
tăng sức chịu đựng của các cột điên. Biện pháp sử dụng
rộng rãi là tăng điện áp U ở nơi phát điện và giảm điện
áp ở nơi tiêu thụ điện đến giá trị cần thiết. Điều này có

1
22
Φ
−=
với
dt
d
2
Φ
là biến thiên từ thông qua 1 vòng dây ở
cuộn 2
- Nếu không có lõi sắt thì
dt
d
1
Φ
dt
d
2
Φ
≠
và do có sự mất mát
đường sức ra môi trường nên
dt
d
1
Φ
dt
d
2

2. Có thể dùng máy biến thế để tăng hiệu lực
điện thế của một chiếc pin được không.
- Máy biến thế hoạt động dựa trên hiện tượng cảm
ứng điện từ. Nếu làm cho từ thông biến thiên qua cuộn
dây sẽ làm sinh ra suất điện động cảm ứng.
- Dòng điện do pin phát ra là dòng không đổi sẽ
không làm cho từ thông biến thiên, do đó không sinh ra
10
suất điện động cảm ứng. Khi dạy nhiều học sinh đã kết
luận như vậy, nhưng nó chỉ đúng một phần.
- Nếu làm dòng điện do pin phát ra biến thiên thì từ
thông sẽ biến thiên và có thể làm sinh ra suất điện động
ở cuộn thứ cấp.
Ví dụ: Dùng một pin mắc nối tiêp với một khoá
K rồi mắc vào mạch sơ cấp của
máy biến thế. Nếu liên tục đóng và mở khoá K thì dòng
điện trong cuộn sơ cấp sẽ biến thiên, suy ra từ thông qua
lõi sắt biến thiên, suy ra ở cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện suất
điện động cảm ứng. Đây chính là nguyên tắc hoạt động
của máy Romcop dùng dể tăng hiệu điện thế của một bộ
pin khoảng 12 V lên đến khoảng 30.000 V để làm xuất
hiện toa lửa điện giữa 2 cực của máy.
III. Các dạng bài tập về máy biến áp và truyền
tải điện năng.
Chúng ta thường gặp trong đề thi hai loại toán: Bài
toán máy biến áp và bài toán truyền tải điện năng.
Loại 1 : Bài toán máy biến áp.
Phương pháp: Đây là bài toán thường gặp trong
đề thi đại học
+ Công thức máy biến thế:

=
2222
1111
1
2
cos
cos
ϕ
ϕ
IUP
IUP
P
P
H Víi
.
Nếu xem:
21
coscos
ϕϕ
≈
thì
11
22
IU
IU
H =
+ Khi mạch thứ cấp kín và bỏ qua mọi hao phí :
11

2

=N
. Bỏ qua mọi hao phí ở máy biến áp.
1. Xác định hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn
thứ cấp.
2. Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ thì dòng điện
chạy qua cuộn thứ cấp là 1(A). Hãy xác định dòng điện
chạy qua cuộn sơ cấp.
Giải:
1. Áp dụng công thức của máy biến áp:
2
1
2
1
N
N
U
U
=
Suy ra hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp:
( )
V
N
N
UU 11
1000
50
.220.
1
2
12

Bài 2: Cuộn sơ cấp của máy biến áp gồm
( )
vßng1100
1
=N
được mắc vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế
( )
VU 240
1
=
. Cuộn thứ cấp nối với 20 bóng đèn giống nhau
có kí hiệu
WV 1812 −
mắc song song. Biết các bóng đèn
sáng bình thường và hiệu suất của máy biến thế
%100
.
Xác định số vòng dây ở cuộn thứ cấp và cường độ dòng
điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp.
Giải:
12
+ Cường độ dòng điện hiệu dụng qua mỗi bóng đèn:
( )
A
U
P
I
d
d
d

( )
vßng55.
1
2
12
==
U
U
NN
- Dòng điện hiệu dụng qua cuộn sơ cấp:
( )
A
U
U
II 5,1.
1
2
21
==
.
ĐS: U
2
=11V
I
1
= 0,05A
Bài 3: Một máy biến áp có tỉ số vòng dây
5
2
1

N
N
200
5
1000
5
5
1
2
2
1
2
1
===⇒==
Do với máy biến áp ta luôn có:

A
U
P
IIUP 60
8,0.200
9600
cos
cos
2
2
2222
===⇒=
ϕ
ϕ

k 0,5 N
N 0,5
= = ⇔ =
Gọi số vòng cuộn thứ cấp lúc đầu là N
2

Số vòng phải tiếp tục quấn thêm là x ta có:
2 2 2
s
N N 24 N 24 x
N
0,43 0,45 0,5
+ + +
= = =
s
Suy ra hệ pt:
2 2
2
2 2
0,45N 0,43N 10,32
N 516
0,5N 0,43N 10,32 0,43x
x 60
= +
=


⇔
 
= + +

( )
Hzf 50=
, độ tự cảm của nam
châm là
( )
HL
π
5
1
=
. Xác định điện dung của tụ điện.
c. Xác định C để dòng điện ở cuộn sơ cấp cực đại, tính
hiệu điện thế hiệu dụng ở hai bản tụ khi đó:
Giải:
a. Ta có:







===
===
⇒==
)(66,0275,0.
50
120
)(100240.
120

( )
Ω≈==⇒ 5,151
66,0
100
2
2
I
U
T
2
Z:cÊp thø cuén trë æng
+ Độ lệch pha ϕ giữa hiệu điện thế và dòng điện ở
cuộn thứ cấp:

65,151
2,131
cos
2
π
ϕϕ
±≈⇒==
Z
R
+ Nhiệt lượng toả ra trong 1 phút:
( )
J.,.,RtIQ 3429602131660
22
2
===
.

22
2
:,,,ZRZZ
,,,ZRZZ
ZZRZ
LC
LC
CL
+ Điện dung của tụ:
( )
F.,
,.Z
C
C
6
10333
695100
11
−
≈
π
=
ω
=
.
c. Khi dòng sơ cấp cực đại thì dòng thứ cấp cũng đạt
cực đại, tức mạch thứ cấp xảy ra hiện tượng cộng
hưởng:

( ) ( )

đến nơi tiêu thụ trên đường dây dài hàng trăm Km.
Công suất truyền tải: P=UI
ϕ
cos
(1)
Trong đó: P là công suất cần truyền đi, I là cường độ
dòng điện trên dây dẫn truyền tải,
ϕ
cos
hệ số công suất.
Suy ra
ϕ
cosU
P
I =
Theo hiệu ứng nhiệt Jun-Lenxơ công suất hao phí
∆
P dưới dạng toả nhiệt vào khí quyển ta có:

Với R là điện trở
đường dây
Vậy công suất tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải
điện năng đi xa là:

16
( )
2
2
2
2

RP
R
U
P
RIP
=








==∆
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. Có 2 phương án giảm
P∆
như
sau:
*Phương án 1: Giảm R
Do
S
l
R
ρ
=

UURIU
12
. −==∆
Với U
2A
là điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy
tăng áp tại A còn U
1B
là điện áp đầu vào cộn sơ cấp của
máy biến áp tại B.
- Quãng đường truyền tải điện năng đi xa so với
nguồn một khoảng là d thì chiều dài dây là: l = 2d.
Các bài toán điển hình.
Bài 1: Người ta cần tải một công suất 5MW từ nhà máy
điện đến một nơi tiêu thụ cách nhau 5KM. Hiệu điện thế
cuộn thứ cấp máy tăng thế là U=100KV, độ giảm điện
thế trên đường dây không quá 1%U. Điện trở suất của
dây tải là 1,7.10
-8
m. Tiết diện dây dẫn thoả mãn điều
kiện nào?
Giải:
Ta có d=5 Km suy ra l=2.d=10Km=10000m
Độ giảm điện thế:
I
RVKVUIU
1000
1000)(1
100
1

Thay số ta được:
)(5,8)(5,8)(10.5,8
20
10000.10.7,1
2226
8
mmSmmmS ≥⇒==≥
−
−
Bài 2 : Người ta cần truyền một công suất điện một pha
10000KW dưới một hiệu điện thế hiệu dụng 50KV đi
xa. Mạch điện có công suất
8,0cos =
ϕ
. Muốn tỉ lệ năng
lượng mất trên đường dây không quá 10% thì điện trở
của đường dây phải có giá trị như thế nào?
Giải:
18
Công suất hao phí khi truyền:
R
U
P
P
2
cos





8,0.10.50.1,0
3
2
3
R
Vậy
Ω≤
16R
Bài 3: (HSG 2011)Trong quá trình truyền tải điện năng
đi xa cần tăng điện áp của nguồn lên bao nhiêu lần để
giảm công suất hao phí trên đường dây đi 100 lần. Giả
thiết công suất nơi tiêu thụ nhận được không đổi, điện
áp tức thời u cùng pha với dòng điện tức thời i. Biết ban
đầu độ giảm điện thế trên đường dây bằng 15% điện áp
của tải tiêu thụ.
Giải
- Đặt: U, U
1
,
ΔU
, I
1,
1
P∆
là điện áp nguồn, điện áp ở tải
tiêu thụ, độ giảm điện áp trên đường dây, dòng điện
hiệu dụng và công suất hao phí trên đường dây lúc đầu.
Và U’, U
2
,







=
∆
∆
U
U
I
I
I
I
P
P
Theo đề ra:
1
ΔU = 0,15.U
10
15,0
'
1
U
U =∆⇒
(1)
- Vì u và i cùng pha và công suất nơi tiêu thu nhận
được không đổi nên:









==∆
- Từ (1) và (2):

1 1
1
2 1 1
U = U + ΔU = (0,15 + 1).U
0,15.U 0,15
U' = U + ΔU' = 10.U + = (10 + ).U
10 10





- Do đó:
0,15
10+
U'
10
= = 8,7
U 0,15+1


2
2
+ 120.P
0
(1)
P =
R
U
P
2
2
.4
+ 144.P
0
(2)
P =
R
U
P
2
2
.16
+ x.P
0
(3)
+ Từ (1)và (2): P = 152P
0
(4)
+ Từ (3) và (1), kết hợp với (4) ta có: 15.152.P
0

cmd 39,0=
và làm bằng hợp kim có điện
trở suất bằng
( )
mΩ
−8
10.8,1
. Tìm công suất hao phí điện năng
trên đường dây nếu hiệu điện thế đưa lên đường dây là
1.
( )
kV50
2.
( )
kV100
.
ĐS: 1.
( )
kW180
; 2.
( )
kW45
.
Bài 3: Một máy biến áp cuộn sơ cấp gồm
( )
vßng1800
1
=N
và
cuộn thứ cấp gồm

12A2,12A4 không áp dụng sáng kiến kinh nghiệm với 2
lớp 12A1 và 12A4 áp dụng sáng kiến kinh nghiệm khi
dạy chương dòng điện xoay chiều.Sau khi dạy xong
chương này cho 4 lớp trên làm bài kiểm tra trong vòng
45 phút thấy kêt quả như sau:
* Khi chưa áp dụng
Lớp
Sĩ
số
Giỏi Khá
Trung
bình
Yếu Kém
SL % SL % SL % SL % SL %
12A2 15 0
0
3
20
5
33
6
40 1 7
12A3 15 0
0
2
13
6
40
6
40

toỏn ph bin v phng phỏp gii. Do ú tụi thit ngh
mi mt ngi thy cụ cn c gng giỳp hc sinh lm
c vic ny: Hệ thống hoá, phân loại và mở rộng các
dạng bài tập xuất phát từ những bài tập cơ bản, nhằm
củng cố và khắc sâu các kiến thức, đã phát huy đợc tính
tích cực, sáng tạo của học sinh, gây đợc sự hứng thú cho
học sinh trong học tập. Bằng cách làm đó đã thực sự lôi
cuốn học sinh say mê tìm tòi ra các phơng pháp giải các
bài toán khác nhau vận dụng vào thực tế linh hoạt hơn.
Khi cũn ngi trờn gh nh trng tụi mong c sau
ny mỡnh tr thnh mt nh giỏo tt v tụi ó thi vo
trng s phm. Nhng khi thc s c ng trờn bc
ging tụi mi bit lm ngi thy cụ giỏo gii tht khú.
Khụng ch n gin l kin thc m cũn l phng phỏp
ging dy, lũng yờu ngh v nhit huyt. Trờn õy l
nhng hiu bit nh ca tụi v mỏy bin ỏp v truyn ti
in nng m tụi ó gúp nht c. Chc chn rng
ti khụng trỏnh khi nhng thiu sút rt mong c s
gúp ý ca cỏc thy cụ giỏo v cỏc bn ng nghip
23
tôi có thể hoàn thiện bản thân trên con đường thực hiện
mơ ước cua mình “trở thành một cô giáo tốt’’.
Cảm ơn các thầy cô và bạn đồng nghiệp đã đọc đề tài
này!

Xác nhận của thủ trưởng
đơn vị
……………………………
………
……………………………