Máy hạ thế có số vòng dây ở cuộn sơ cấp

Máy biến áp của tổ máy số 3 thủy điện Sơn La.

1. Máy biến áp là dụng cụ biến đổi điện áp xoay chiều nhưng không thay đổi tần số.                                                                                              

2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

a. Cấu tạo:

• Gồm có hai cuộn dây : cuộn sơ cấp có N1 vòng và cuộn thứ cấp có N2 vòng. Lõi biến áp gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau để tránh dòng Fu-cô và tăng cường từ thông qua mạch.                                                                                                                     
• Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại. 
• Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện. 

b. Nguyên tắc hoạt động:

• Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến thiên từ thông trong hai cuộn. Gọi từ thông này là: φ = φ0cosωt 
• Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là : φ1 = N1φ0cosωt và φ2 = N2φ0cosωt 
• Cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức 
• Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

3. Công thức máy biến áp.

• Gọi N1. N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp. 
• Gọi U1, U2 là điện áp 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp. 
• Gọi I1, I2 là cường độ hiệu dụng của dòng điện 2 đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp. 
• Trong khoảng thời gian Δt vô cùng nhỏ từ thông biến thiên gây ra trong mỗi vòng dây của cả hai cuộn suất điện động bằng:

• Suất điện động trên một cuộn sơ cấp là:

• Suất điện động trên cuộn thứ cấp:

• Tỉ số điện áp 2 đầu cuộn thứ cấp bằng tỉ số vòng dây của 2 cuộn tương ứng

•  Tỉ số e2/e1 không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta được

• Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên U1=E1.
• Mạch thứ cấp hở nên U2=E2 
• Công thức máy biến áp:

• Nếu N2 > N1 => U2 > U1 : gọi là máy tăng áp. 

• Nếu N2 < N1 => U2 < U1 : gọi là máy hạ áp. 

• Vì hao phí ở máy biến áp rất nhỏ, coi như công suất ở 2 đầu cuộn thứ cấp và sơ cấp như nhau. 

• Công thứ máy biến áp khi hiệu suất bằng 1:

4. Truyền tải điện năng đi xa

• Điện năng sản xuất được truyền tải đến nơi tiêu thụ trên đường dây dẫn dài hàng trăm km. Công suất cần truyền tải:

• Trong đó : P là công suất cần truyền đi, U là điện áp tại nơi truyền đi, I là cường độ dòng điện trên dây dẫn truyền tải, cosφ là hệ số công suất. 

• Công suất hao phí ΔP do hiệu ứng Joule: 

• Công suât tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng:

• Để giảm công suất tỏa nhiệt ΔP: 

           Nên để giảm R thì cần phải tăng tiết diện S của dây dẫn: không đạt. 

• Tăng U: Bằng cách sử dụng máy biến áp, tăng điện áp U trước khi truyền tải đi thì công suất tỏa nhiệt trên đường dây sẽ được hạn chế. Phương án này khả thi hơn vì không tốn kém, và thường được sử dụng trong thực tế. 
• Công thức tính điện trở của dây dẫn

• p[Ω.m] là điện trở suất của dây dẫn.
• ℓ là chiều dài dây.
• S là tiết diện của dây dẫn. 
• Công suất tỏa nhiệt là công suất hao phí trên đường dây, phần công suất có ích là:

• Sơ đồ truyền tải điện năng từ A đến B : Tại A sử dụng máy tăng áp để tăng điện áp cần truyền đi. Đến B sử dụng máy hạ áp để làm giảm điện áp xuống phù hợp với nơi cần sử dụng [thường là 220V]. khi đó độ giảm điện áp :

• U2A là điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp của máy tăng áp tại A
• U1B là điện áp ở đầu vào cuộn sơ cấp của máy biến áp tại B. 
• Quãng đường truyền tải điện năng là d thì chiều dài dây là ℓ = 2d.

Mô phỏng hoạt động của máy biến áp.