sụt áp

Khái niệm và công thức

Tại mỗi điện trở r, khi dòng điện I chạy qua thì xuất hiện hiệu điện thế U = I ∙ r, hiệu điện thế này thường được gọi là độ giảm thế của điện trở này.

Nếu trong mạch chỉ có một điện trở r thì toàn bộ điện áp nguồn Ust đặt lên điện trở này.

Nếu đoạn mạch có hai điện trở r1 và r2 mắc nối tiếp thì tổng hiệu điện thế ở hai điện trở U1 = I ∙ r1 và U2 = I ∙ r2, tức là hiệu điện thế giảm bằng hiệu điện thế nguồn: Ust = U1 + U2.

Điện áp cung cấp bằng tổng điện áp rơi trong mạch (định luật Kirchhoff thứ 2).

Ví dụ về

1. Độ sụt áp nào xảy ra trên dây tóc của bóng đèn có điện trở r = 15 Ôm khi dòng điện I = 0,3 A chạy qua (Hình 1)?

Cơm. 1.

Số lần giảm điện áp Định luật Ohm: U = I ∙ r = 0,3 ∙ 15 = 4,5 V.

Điện áp giữa điểm 1 và điểm 2 của đèn (xem sơ đồ) là 4,5 V. Đèn sáng bình thường nếu dòng điện định mức chạy qua nó hoặc nếu có điện áp định mức giữa điểm 1 và điểm 2 (dòng điện và điện áp định mức được chỉ định trên đèn).

2. Hai bóng đèn giống hệt nhau có hiệu điện thế 2,5 V và cường độ dòng điện 0,3 A được mắc nối tiếp và được nối với một pin bỏ túi có hiệu điện thế 4,5 V. Điện áp rơi ở các cực của từng bóng đèn là bao nhiêu (Hình 2) ) ) ?

Cơm. 2.

Các bóng đèn giống hệt nhau có cùng điện trở r. Khi chúng mắc nối tiếp thì dòng điện I chạy qua chúng như nhau nên chúng có hiệu điện thế giảm áp như nhau, tổng các hiệu điện thế này phải bằng hiệu điện thế nguồn U = 4,5 V. Hiệu điện thế của mỗi bóng đèn là 4 ,5 : 2 = 2,25V.

Bạn có thể giải bài toán này và tính tuần tự. Ta tính điện trở của bóng đèn theo số liệu: rl = 2,5 / 0,3 = 8,33 Ohm.

Cường độ dòng điện qua mạch I = U/(2rl) = 4,5/16,66 = 0,27 A.

Hiệu điện thế rơi trên bóng đèn U = Irl = 0,27 ∙ 8,33 = 2,25 V.

3. Hiệu điện thế giữa thanh ray và đầu dây tiếp xúc của đường tàu điện là 500 V. Bốn bóng đèn giống nhau mắc nối tiếp dùng để thắp sáng. Mỗi đèn (Hình 3) nên được chọn với điện áp nào?

Cơm. 3.

Các bóng đèn giống nhau có điện trở bằng nhau, dòng điện chạy qua giống nhau. Điện áp rơi trên các đèn cũng sẽ giống nhau. Điều này có nghĩa là đối với mỗi đèn sẽ có 500: 4 = 125 V.

4. Hai đèn có công suất 40 và 60 W với điện áp danh định 220 V được mắc nối tiếp và được kết nối với mạng có điện áp 220 V. Sự sụt giảm điện áp nào xảy ra trên mỗi đèn (Hình 4)?

Cơm. 4.

Đèn thứ nhất có điện trở r1 = 1210 Ohm và đèn thứ hai = 806,6 Ohm (ở trạng thái nóng). Cường độ dòng điện qua các đèn là I = U/(r1 + r2) = 220/2016,6 = 0,109 A.

Hiệu điện thế giảm ở đèn thứ nhất U1 = I ∙ r1 = 0,109 ∙ 1210 = 132 V.

Hiệu điện thế giảm ở đèn thứ hai U2 = I ∙ r2 = 0,109 ∙ 806,6 = 88 V.

Đèn có điện trở càng cao thì điện áp rơi càng lớn và ngược lại. Dây tóc của cả hai loại đèn đều rất yếu nhưng đèn 40W mạnh hơn đèn 60W một chút.

5. Để hiệu điện thế của động cơ điện D (hình 5) bằng 220 V thì hiệu điện thế ở đầu đường dây dài (ở nhà máy điện) phải lớn hơn 220 V sụt áp (tổn thất) trực tuyến. Điện trở của đường dây và dòng điện trong nó càng lớn thì điện áp rơi dọc theo đường dây càng lớn.

Cơm. 5.

Trong ví dụ của chúng tôi, điện áp rơi trong mỗi dây của đường dây là 5 V. Khi đó, điện áp ở các thanh cái của nhà máy điện phải bằng 230 V.

6. Người tiêu dùng được cung cấp năng lượng bởi pin 80 V với dòng điện 30 A. Đối với hoạt động bình thường của người tiêu dùng, cho phép giảm điện áp 3% trong dây nhôm có tiết diện 16 mm2. Khoảng cách tối đa từ pin đến người dùng là bao nhiêu?

Điện áp rơi cho phép trên đường dây U = 3/100 ∙ 80 = 2,4 V.

Điện trở của dây bị giới hạn bởi điện áp rơi cho phép rpr = U / I = 2,4 / 30 = 0,08 Ohm.

Sử dụng công thức xác định điện trở, chúng tôi tính được chiều dài của dây: r = ρ ∙ l / S, từ đó l = (r ∙ S) / ρ = (0,08 ∙ 16) / 0,029 = 44,1 m.

Nếu người dùng cách pin 22 m, điện áp trong pin sẽ nhỏ hơn 80 V ở mức 3%, tức là bằng 77,6V.

7. Một đường dây điện báo dài 20 km làm bằng dây thép có đường kính 3,5mm. Đường dây trở lại được thay thế bằng cách nối đất thông qua các thanh cái kim loại. Điện trở của phần chuyển tiếp giữa thanh cái và mặt đất là rz = 50 Ohm.Điện áp của ắc quy ở đầu dây phải là bao nhiêu nếu điện trở của rơle ở cuối dây là рп = 300 Ohm và dòng điện của rơle là I = 5 mA?

Cơm. 6.

Sơ đồ kết nối được hiển thị trong hình. 6. Khi nhấn công tắc điện báo tại điểm gửi tín hiệu, rơle ở điểm nhận ở cuối đường dây sẽ hút phần ứng K, từ đó bật cuộn dây của máy ghi âm với tiếp điểm của nó. Điện áp đầu ra phải bù cho điện áp rơi trên đường dây, rơle tiếp nhận và điện trở quá độ của thanh cái nối đất: U = I ∙ rl + I ∙ rр + I ∙ 2 ∙ rр; U = I ∙ (rр + рр + 2 ∙ rр).

Hiệu điện thế của nguồn bằng tích của cường độ dòng điện và điện trở toàn phần của đoạn mạch.

Tiết diện dây S = (π ∙ d^2)/4 = (π ∙ 3,5^2)/4 = 9,6 mm2.

Điện trở đường dây rl = ρ ∙ l / S = 0,11 ∙ 20.000 / 9,6 = 229,2 ôm.

Kết quả điện trở r = 229,2 + 300 + 2 ∙ 50 = 629,2 Ohm.

Điện áp đầu ra U = I ∙ r = 0,005 ∙ 629,2 = 3,146 V; U≈3,2V.

Điện áp rơi trên đường dây khi dòng điện I = 0,005 A chạy qua sẽ là: Ul = I ∙ rl = 0,005 ∙ 229,2 = 1,146 V.

Điện áp rơi trên đường dây tương đối thấp đạt được do giá trị dòng điện thấp (5 mA). Do đó, tại điểm nhận phải có một rơle nhạy cảm (bộ khuếch đại), được bật bằng xung 5 mA yếu và thông qua tiếp điểm của nó bật một rơle khác, mạnh hơn.

8. Điện áp của các bóng đèn trong mạch hình là bao nhiêu. 28, khi: a) động cơ không được bật; b) khởi động động cơ; c) động cơ đang chạy.

Động cơ và 20 đèn được kết nối với nguồn điện chính 110 V. Đèn được thiết kế cho 110 V và 40 W. Dòng khởi động của động cơ là Ip = 50 A và dòng định mức của nó là In = 30 A.

Dây đồng được giới thiệu có tiết diện 16 mm2 và chiều dài 40 m.

Quả sung. 7 và các điều kiện của sự cố, có thể thấy rằng dòng điện của động cơ và đèn làm cho điện áp đường dây giảm xuống, do đó điện áp tải sẽ nhỏ hơn 110V.

Cơm. 7.

U = 2 ∙ Ul + Uđèn.

Do đó, điện áp trên đèn Ulamp = U-2 ∙ Ul.

Cần xác định điện áp rơi trên đường dây ở các dòng điện khác nhau: Ul = I ∙ rl.

Điện trở toàn tuyến

2 ∙ rl = ρ ∙ (2 ∙ l) / S = 0,0178 ∙ (2 ∙ 40)/16 = 0,089 Ôm.

Cường độ dòng điện chạy qua tất cả các bóng đèn

20 ∙ Iđèn = 20 ∙ 40/110 = 7,27 A.

Điện áp lưới giảm khi chỉ bật đèn (không có động cơ),

2 ∙ Ul = Iđèn ∙ 2 ∙ rl = 7,27 ∙ 0,089 = 0,65 V.

Điện áp trong đèn trong trường hợp này là:

Uđèn = U-2 ∙ Ul = 110-0,65 = 109,35 V.

Khi khởi động động cơ, đèn sẽ sáng mờ hơn do điện áp rơi trên đường dây lớn hơn:

2 ∙ Ul = (Iđèn + Idv) ∙ 2 ∙ rl = (7,27 + 50) ∙ 0,089 = 57,27 ∙ 0,089 = 5,1 V.

Điện áp tối thiểu của đèn khi khởi động động cơ sẽ là:

Uđèn = Uc-2, Ul = 110-5,1 = 104,9V.

Khi động cơ đang chạy, điện áp rơi trên đường dây nhỏ hơn khi động cơ khởi động, nhưng nhiều hơn khi động cơ tắt:

2 ∙ Ul = (Ilamp + Inom) ∙ 2 ∙ rl = (7,27 + 30) ∙ 0,089 = 37,27 ∙ 0,089 = 3,32 V.

Điện áp của các đèn trong quá trình động cơ hoạt động bình thường là:

Uđèn = 110-3,32 = 106,68 V.

Ngay cả việc giảm nhẹ điện áp của đèn so với danh nghĩa cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ sáng của đèn.