Máy biến áp (hình bên) là một thiết bị hoạt động theo nguyên lí cảm ứng điện từ nhằm thay đổi điện áp xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Máy biến áp đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Cụ thể, để tối ưu hiệu suất của quá trình truyền tải điện năng đi xa và giảm thiểu hao phí trong quá trình này, việc sử dụng dòng điện xoay chiều với điện áp cao là cần thiết. Trước khi được truyền đi, điện áp cần được tăng lên thông qua máy tăng áp. Khi đến nơi tiêu thụ như khu công nghiệp hoặc khu dân cư, điện áp được hạ xuống thông qua máy hạ áp để phù hợp với nhu cầu sử dụng. Cấu tạo của máy biến áp gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn như hình bên dưới. Lõi thép được chế tạo bởi vật liệu dẫn từ tốt, gồm nhiều lá thép ghép cách điện với nhau. Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc nhôm, bên ngoài có bọc cách điện. Nối cuộn dây sơ cấp của máy biến áp vào một điện áp xoay chiều \({{\text{u}}_{1}}={{\text{U}}_{01}}.\cos \left( \text{ }\!\!\omega\!\!\text{ t}+{{\text{ }\!\!\varphi\!\!\text{ }}_{\text{u}1}} \right)\) (V) thì trong cuộn sơ cấp sẽ xuất hiện dòng điện sơ cấp \({{\text{i}}_{1}}={{\text{I}}_{01}}.\cos \left( \text{ }\!\!\omega\!\!\text{ t}+{{\text{ }\!\!\varphi\!\!\text{ }}_{\text{i}1}} \right)\) (A) và sinh ra từ thông \(_{1}\left( \text{t} \right)={{\text{N}}_{1}}{{.}_{0}}.\cos \left( \text{ }\!\!\omega\!\!\text{ t}+\text{ }\!\!\varphi\!\!\text{ } \right)\) (Wb). Từ thông này xuyên qua đồng thời cả hai cuộn dây sơ cấp (\({{\text{N}}_{1}}\) vòng) và thứ cấp (\({{\text{N}}_{2}}\) vòng). Bỏ qua điện trở của dây dẫn trong hai cuộn dây.

Máy biến áp (hình bên) là một thiết bị hoạt động theo nguyên lí cảm ứng điện từ nhằm thay đổi điện áp xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Máy biến áp đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Cụ thể, để tối ưu hiệu suất của quá trình truyền tải điện năng đi xa và giảm thiểu hao phí trong quá trình này, việc sử dụng dòng điện xoay chiều với điện áp cao là cần thiết. Trước khi được truyền đi, điện áp cần được tăng lên thông qua máy tăng áp. Khi đến nơi tiêu thụ như khu công nghiệp hoặc khu dân cư, điện áp được hạ xuống thông qua máy hạ áp để phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Pasted image

Cấu tạo của máy biến áp gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn như hình bên dưới. Lõi thép được chế tạo bởi vật liệu dẫn từ tốt, gồm nhiều lá thép ghép cách điện với nhau. Dây quấn thường làm bằng đồng hoặc nhôm, bên ngoài có bọc cách điện.

Nối cuộn dây sơ cấp của máy biến áp vào một điện áp xoay chiều \({{\text{u}}_{1}}={{\text{U}}_{01}}.\cos \left( \text{ }\!\!\omega\!\!\text{ t}+{{\text{ }\!\!\varphi\!\!\text{ }}_{\text{u}1}} \right)\) (V) thì trong cuộn sơ cấp sẽ xuất hiện dòng điện sơ cấp \({{\text{i}}_{1}}={{\text{I}}_{01}}.\cos \left( \text{ }\!\!\omega\!\!\text{ t}+{{\text{ }\!\!\varphi\!\!\text{ }}_{\text{i}1}} \right)\) (A) và sinh ra từ thông \(_{1}\left( \text{t} \right)={{\text{N}}_{1}}{{.}_{0}}.\cos \left( \text{ }\!\!\omega\!\!\text{ t}+\text{ }\!\!\varphi\!\!\text{ } \right)\) (Wb). Từ thông này xuyên qua đồng thời cả hai cuộn dây sơ cấp (\({{\text{N}}_{1}}\) vòng) và thứ cấp (\({{\text{N}}_{2}}\) vòng). Bỏ qua điện trở của dây dẫn trong hai cuộn dây.

Pasted image

a) Dòng điện xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp là dòng điện xoay chiều.

b) Biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp là \({{\text{e}}_{2}}={{\text{N}}_{2}}_{0}\text{ }\!\!\omega\!\!\text{ }.\sin \left( \text{ }\!\!\omega\!\!\text{ t}+\text{ }\!\!\varphi\!\!\text{ } \right)\) (V).

c) Nếu \({{\text{N}}_{1}}<{{\text{N}}_{2}}\) thì máy biến áp này có chức năng là tăng áp lên \(\frac{{{\text{N}}_{2}}}{{{\text{N}}_{1}}}\) lần.

d) Nếu dùng máy biến áp có \({{\text{N}}_{2}}=\text{n}.{{\text{N}}_{1}}\) để thay đổi giá trị điện áp trước khi truyền tải đi xa thì công suất hao phí do tỏa nhiệt trên dây tải điện sẽ giảm 2n lần.

Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án

Lời giải

a) ĐÚNG

Từ thông sinh ra từ cuộn dây sơ cấp với từ thông qua mỗi vòng dây là \(_{0}.\cos \left( \omega t+\varphi \right)\) sẽ được lõi thép truyền qua nguyên vẹn qua mỗi vòng của cuộn thứ cấp và làm xuất hiện dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng là dòng điện xoay chiều (vì \({{i}_{c}}=\frac{{{e}_{c}}}{R}\) với \({{e}_{c}}=-\frac{d}{dt}\)).

b) ĐÚNG

Từ thông xuyên qua \({{N}_{2}}\) vòng dây của cuộn thứ cấp là:

\(_{2}\left( t \right)={{N}_{2}}{{.}_{0}}.\cos \left( \omega t+\varphi \right)\) (Wb).

Theo định luật Faraday, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây thứ cấp là:

\({{e}_{2}}=-\frac{{{d}_{2}}\left( t \right)}{dt}={{N}_{2}}{{.}_{0}}.\omega \sin \left( \omega t+\varphi \right)\) (V).

c) ĐÚNG

Theo định luật Faraday, suất điện động xuất hiện trong cuộn dây sơ cấp là:

\({{e}_{1}}=-\frac{{{d}_{1}}\left( t \right)}{dt}={{N}_{1}}{{.}_{0}}.\omega \sin \left( \omega t+\varphi \right)\) (V).

Mà: \({{e}_{2}}=-\frac{{{d}_{2}}\left( t \right)}{dt}={{N}_{2}}{{.}_{0}}.\omega \sin \left( \omega t+\varphi \right)\) (V).

Suy ra: \(\frac{{{e}_{1}}}{{{e}_{2}}}=\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}=\frac{{{E}_{1}}}{{{E}_{2}}}\)

Do bỏ qua điện trở của dây dẫn trong hai cuộn dây nên \({{E}_{1}}={{U}_{1}}\) và \({{E}_{2}}={{U}_{2}}\). Khi đó ta có:

\(\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}=\frac{{{U}_{1}}}{{{U}_{2}}}\)

Nếu \({{N}_{1}}<{{N}_{2}}\) thì \({{U}_{1}}<{{U}_{2}}\) và \({{U}_{2}}=\frac{{{N}_{2}}}{{{N}_{1}}}.{{U}_{1}}\); máy biến áp này có chức năng là tăng áp lên \(\frac{{{N}_{2}}}{{{N}_{1}}}\) lần.

d) SAI

Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên dây tải điện được xác định bằng biểu thức:

\({{\mathcal{P}}_{hp}}={{I}^{2}}.R=\frac{{{\mathcal{P}}_{ph\acute{a}t}}^{2}}{{{U}_{ph\acute{a}t}}^{2}}.R\)

Nếu dùng máy biến áp có \({{N}_{2}}=n.{{N}_{1}}\) để thay đổi giá trị điện áp trước khi truyền tải đi xa thì \({{U}_{2}}=n.{{U}_{1}}\) hay \({{U}_{ph\acute{a}t}}\) tăng n lần.

Khi \({{U}_{ph\acute{a}t}}\) tăng n lần thì công suất hao phí do tỏa nhiệt trên dây tải điện sẽ giảm n2 lần.