Truyền tải điện

I. MÁY BIẾN ÁP
1. Khái niệm                                                                                                          Hình 1
- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều) và không làm thay đổi tần số của nó.
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.                                                                                                                      Hình 2 - Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2hoặc ngược lại.  - Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều còn cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện.  - Trong thực thế thì máy biến áp có dạng như hình 1, còn trong việc biểu diễn sơ đồ máy biến áp thì có dạng như hình 2
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  - Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2 có biểu thức 
Từ đó ta thấy nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
3. Khảo sát máy biến áp
Gọi N1. N2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp.  Gọi U1, U2 là hiệu điện thế 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 
 không đổi theo thời gian nên ta có thể thay bằng giá trị hiệu dụng ta được 
, (1)  Điện trở thuần của cuộn sơ cấp rất nhỏ nên 
, khi mạch thứ cấp hở nên 
, (2)  Từ (1) và (2) ta được 
, (*)  • 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. 
, (**)  Từ (*) và (**) ta có 
Kết luận: Dùng máy biến áp tăng điện áp bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm bấy nhiêu lần và ngược lại.  Chú ý : Công thức (*) luôn được áp dụng cho máy biến áp còn công thức (**) chỉ được áp dụng khi hao phí không đáng kể hoặc hai đầu cuộn thứ cấp để hở.
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: 
, (1)  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.  Từ (1) => 
Theo hiệu ứng nhiệt Jun- Lenxơ công suất hao phí ΔP dưới dạng tỏa nhiệt vào khí quyển ta có 
  với R là điện trở đường dây  Vậy công suât tỏa nhiệt trên đường dây khi truyền tải điện năng đi xa là 
Để khi đến nơi sử dụng thì mục tiêu là làm sao để giảm tải công suất tỏa nhiệt ΔP để phần lớn điện năng được sử dụng hữu ích. Có hai phương án giảm ΔP  • Phương án 1 : Giảm R.  Do 
 nên để giảm R thì cần phải tăng tiết diện S của dây dẫn. Phương án này không khả thi do tốn kém kinh tế.  • Phương án 2 : 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.  * Chú ý :  - Công thức tính điện trở của dây dẫn 
. Trong đó 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 cũng chính là công suất hao phí trên đường dây, phần công suất hữu ích sử dụng được là 
Từ đó hiệu suất của quá trình truyền tải là 
- Sơ đồ truyền tải điện năng từ A đến B :