Một máy phát điện xoay chiều có công suất P = 1MW. Dòng điện do máy phát ra được tăng áp và truyền đi xa bằng một đường dây có điện trở 20Ω. Công suất hao phí điện năng trên đường dây là bao nhiêu khi điện áp được đưa lên đường dây 110kV?

I. Bài toán truyền tải điện năng đi xa

- Công suất phát từ nhà máy phát điện được tính bởi công thức: ${\text{P}}_{phat}=U_{phat}.I$

- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây được tính theo định luật Jun: ${\text{P}}_{hp}=r{I}^2=r\frac{{\text{P}}_{phat}^2}{U_{phat}^2}={\text{P}}_{phat}^2\frac{r}{U_{phat}^2}$

- Do công suất phát đi xác định nên muốn giảm công suất hao phí bằng cách giảm r hoặc tăng U_phát tuy nhiên cách giảm r thì khá tốn kém vì phải chế tạo được vật liệu có điện trở thấp, nếu không thì phải tăng tiết diện dây dẫn đến khối lượng lớn, tăng số lượng cột điện. Nên người ta ưu tiên bằng cách tăng U_phát.

$\Rightarrow$ Dẫn đến cần sử dụng những thiết bị biến đổi điện áp.

II. Máy biến áp

1. Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp

Máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) nhưng không làm thay đổi tần số dòng điện.

Cấu tạo máy biến áp:

Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín.

Nguyên tắc hoạt động:

- Cuộn sơ cấp được nối với nguồn điện xoay chiều E₁ nên có dòng điện xoay chiều đi qua cuộn sơ cấp, tạo ra vùng không gian xung quanh từ trường biến thiên.

- Từ trường biến thiên xuyên qua tiết diện của cuộn thứ cấp, tạo ra từ thông biến thiên trên cuộn thứ cấp, làm xuất hiện một suất điện động xoay chiều E₂ trên cuộn thứ cấp. Tùy thuộc vào số vòng dây ở hai cuộn mà suất điện động của cuộn thứ cấp có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn suất điện động mà cuộn sơ cấp lấy ra từ nguồn điện.

2. Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp

- Suất điện động trong mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây của chúng: $\frac{E_1}{E_2}=\frac{N_1}{N_2}$

- Nếu bỏ qua điện trở dây quấn thì ta được công thức máy biến áp về mối quan hệ tỉ lệ giữa điện áp mỗi cuộn dây và số vòng dây mỗi cuộn: $\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}.$

+ Nếu N₂ > N₁ ta gọi máy biến áp là máy tăng áp.

+ Nếu N₂ < N₁ ta gọi máy biến áp là máy hạ áp.

- Hiệu suất của máy biến áp: $H=\frac{{\text{P}}_2}{{\text{P}}_1}=\frac{U_2{I}_2\cos {\phi }_2}{U_1{I}_1}$

- Nếu máy biến áp là lí tưởng (bỏ qua hao phí) và cuộn thứ cấp nối với điện trở R thì ta có: ${\text{P}}_1={\text{P}}_2\Rightarrow \frac{I_1}{I_2}=\frac{U_2}{U_1}.$

3. Ứng dụng của máy biến áp

a) Truyền tải điện năng

b) Nấu chảy kim loại, hàn điện

Nấu chảy kim loại bằng bộ biến áp của lò vi sóng cũ