1.5   CÔNG SUẤT TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

Trong mạch điện, một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát năng lượng. Khi chọn chiều dòng điện và điện áp trên nhánh trùng nhau, sau khi tính toán công suất p của nhánh ta có kết luận sau về quá trình năng lượng của nhánh. Ở thời điểm nào đó nếu :

P = u.i >0  ( nhánh nhận năng lượng)

P = u.i<0  ( nhánh phát năng lượng)

Khi dòng điện có đợn vị A (ampe) và điện áp có đợn vị V (vôn) thì đợn vị công suất là W .

Ví dụ :

Công suất mạch một chiều (DC)

U= 5(V); i = 5(A)

P =u.i = 25(W)

Công suất mạch xoay chiều (AC)

U(t) = 5 cos  t (V) ; i(t) = 5 sin t (A) ;

P (t) = U(t). i(t) =25 cos  t sin t = 12,5 sin  (w)

Công suất:

Nối nguồn điện F có s.đ.đ E và có điện trở trong R₀  với một tải điện trở R.

Dưới tác dụng của lực trường ngoài của nguồn điện F, các điện tích liên tục chuyển động qua nguồn và mạch ngoài (tải) tạo thành dòng điện I. Khi đó, công của trường ngoài cũng là công của nguồn điện để di chuyển điện tích Q qua nguồn là:

Theo định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng, công của nguồn sẽ biến đổi thành các dạng năng lượng khác ở các phần tử của mạch. Cụ thể ở đây chính là tải R và R₀ của nguồn.

Gọi điện áp tại hai điểm A và B là j_A và j_B

Năng lượng do điện tích Q thực hiện khi qua đoạn mạch AB sẽ là:

Còn một phần năng lượng sẽ tiêu tán bên trong nguồn dưới dạng nhiệt:

Trong đó:  : hiệu điện thế giữa sức điện động nguồn với điện áp trên hai cực của nó gọi là điện áp giáng (sụt áp) bên trong nguồn

Từ đó, ta có phương trình cân bằng sức điện động trong mạch:

Vậy: “S.đ.đ của nguồn bằng tổng điện áp trên hai cực của nguồn với sụt áp bên trong nguồn”

Tỷ số giữa công A và thời gian thực hiện t gọi là công suất của mạch điện, ký hiệu P

Như vậy: Công suất P là tốc độ thực hiện công theo thời gian

Đơn vị:            U : Volt (V)

              I  : ampe (A)

              P : Watt (W)

              Như vậy: Công suất P là tốc độ thực hiện công theo thời gian

Đơn vị:   U : Volt (V)

              I  : ampe (A)

              P : Watt (W),

Năng lượng điện (hay công của dòng điện):

              Công bằng tích số giữa công suất và thời gian

                                               

              Đơn vị:  P (W),  t (s) ,  A (J)

1.6   MÁY BIẾN ÁP

1.6.1 Cấu tạo

Máy biến áp bao gồm ba phần chính:

Lõi thép của máy biến áp (Transformer Core)

Cuộn dây quấn sơ cấp (Primary Winding)

Cuộn dây quấn thứ cấp (Secondary Winding)

·        Lõi thép: Được tạo thành bởi các lá thép mỏng ghép lại, về hình dáng có hai loại: loại trụ (core type) và loại bọc (shell type)

o   Loại trụ: được tạo bởi các lá thép hình chữ U và chữ I. Một lượng lớn từ trường sinh ra bởi cuộn dây sơ cấp không cắt cuộn dây thứ cấp, hay máy biến áp có một từ thông rò lớn. Để cho từ thông rò ít nhất, các cuộn dây được chia ra với một nửa của mỗi cuộn đặt trên một trụ của lõi thép. 

o   Loại bọc: được tạo bởi các lá thép hình chữ E và chữ I. Lõi thép loại này bao bọc các cuộn dây quấn, hình thành một mạch từ có hiệu suất rất cao, được sử dụng rộng rãi.

  Phần lõi thép có quấn dây gọi là trụ từ, phần lõi thép nối các trụ từ thành mạch kín gọi là gông từ.

Dây quấn máy biến áp: Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật. Đối với dây quấn có dòng điện lớn, sử dụng các sợi dây dẫn được mắc song song để giảm tổn thất do dòng điện xoáy trong dây dẫn. Bên ngoài day quấn được bọc cách điện.

·        Dây quấn sơ cấp (Primary Winding)

·        Dây quấn thứ cấp (Second Winding)

Dây quấn được tạo thành các bánh dây ( gồm nhiều lớp ) đặt vào trong trụ của lõi thép. Giữa các lớp dây quấn, giữa các dây quấn và giữa mỗi dây quấn và lõi thép phải cách điện tốt với nhau. Phần dây quấn nối với nguồn điện được gọi là dây quấn sơ cấp, phần dây quấn nối với tải được gọi là dây quấn thứ cấp.

Các phần phụ khác

Ngoài 2 bộ phận chính kể trên, để MBA vận hành an toàn, hiệu quả, có độ tin cậy cao ... MBA còn phải có các phần phụ khác như: Võ hộp, thùng dầu, đầu vào, đầu ra, bộ phận điều chỉnh, khí cụ điện đo lường, bảo vệ ...              

1.6.2 Phân loại máy biến áp

Theo công dụng máy biến áp có thể gồm các loại sau đây:

- Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện.

- Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, máy biến áp hàn, các thiết bị chỉnh lưu,…

- Máy biến áp tự ngẫu: Có thể thay đổi điện áp nên dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều.

- Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để đưa vào các đồng hồ đo.

- Máy biến áp thí nghiệm: Dùng trong các phòng thí nghiệm điện - điện tử.

Có rất nhiều dạng máy biến áp nhưng tất cả nguyên lý đều giống nhau. Trong bài giảng chúng ta chỉ tập trung xem xét máy biến áp một hoặc ba pha. Còn các máy biến áp khác ta chỉ nghiên cứu sơ qua trong phần cuối chương, các bạn tự tham khảo thêm.

1.6.3 Các đại lượng định mức        

    Điện áp định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

Điện áp sơ cấp định mức U_1đm (V, kV): Là điện áp qui định cho dây quấn sơ cấp.

Điện áp thứ cấp định mức U_2đm (V, kV): Là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng định mức.

Chú ý với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, còn máy biến áp ba pha điện áp là điện áp dây.

    Dòng điện định mức ở cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

Dòng điện định mức(A): Là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây máy biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức

Với máy biến áp một pha:

Với máy biến áp ba pha:

Hiệu suất MBA:

          h =  =  = (75 - >90)%                                                  

Nếu  h = 1 Û S₁ = S₂ Û U_2đm. I_2đm = U_1đm. I_1đm

Ngoài ra trên máy biến áp còn ghi các thông số khác như: Tần số định mức fđm, số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch U_n%, chế độ làm việc, phương pháp làm mát,…

    Công suất định mức của máy biến áp (S)

Công suất định mức S_đm (VA, kVA): Là công suất biểu kiến đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp.

Câu hỏi: Trình bày các tổng số định mức của máy biến áp

BÀI TẬP ỨNG DỤNG

Ví dụ: Có một dụng cụ nung nóng, khi điện áp của lưới là 220V thì dòng chạy trong đó là 5A. Hãy tính năng lượng điện trong 1 ngày đêm (24h)

Giải:

Năng lượng điện trong 1 ngày đêm từ:

Bài tập 1:

Cho mạch điện như hình:

Hình: Bài tập 1

Tìm:  Điện áp V₁ ; Công suất trên điện trở 2 ?

Bài tập 2:

Cho mạch điện như hình:

          Tính công suất trên điện trở R?

Hình: Bài tập 2