Giải bài tập Vật lý 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều
§17. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU A. KIẾN THỨC Cơ BẢN Máy phát điện xoay chiều một pha Cấu tạo: Gồm hai bộ phận chính Phần cảm: Nam châm điện, hay nam châm vĩnh cửu dùng để tạo ra từ trường. Phần ứng: Là những cuộn dây trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động. Phần đứng yên gọi là stato, phần quay quanh một trục gọi là rôto. Nguyên tắc: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Tần sô' của dòng điện f = pn với I n (vòng / giây): tốc độ quay rôto [ p sô' cặp cực của máy phát Dòng điện xoay chiều ba pha do máy phát điện xoay chiều ba pha tạo ra. Đó là hệ ba dòng điện xoay chiều có cùng tần số, nhưng lệch pha với nhau 120° từng đôi một. Nếu tải đối xứng thì ba dòng điện này sẽ có cùng biên độ. Cách mắc mạch ba pha Mắc hình sao: Gồm có ba dây pha và một dây trung hòa. Khi tải đô'i xứng dòng điện trong dây trung hòa i = ii + Ỉ2 + 13 = 0. Udãy “ Upha 1 UjÃy: là hiệu điện thế giữa hai dây pha Upha: là hiệu điện thế giữa một dây pha và một dây trung hòa. • Mắc hình tam giác: gồm có ba dây pha không có dây trung hòa. Những ưu việt của dòng ba pha: - Trong truyền tải điện năng đi xa bằng dòng ba pha tiết kiệm được dây dẫn so với truyền tải bằng dòng một pha. - Cung cấp điện cho động cơ ba pha trong các nhà máy, xí nghiệp. &1H B. CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Nhắc lại nguyên tắc chung tạo ra dòng điện xoay chiều. Chứng minh công thức 17.1. Một máy phát điện quay 600 vònglphút có 5 đôi cực, sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều với fbằng bao nhiêu? Chứng minh công thức (17.3). Hướng dẫn trả lời CT Nguyên tắc: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ Cho khung dây dẫn quay quanh trục cố định trong một từ trường đều B có phương vuông góc trục quay. Từ thông qua khung biến thiên, trong khung xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều. ss Chứng minh f = np Giả sử phần cảm có p nam châm (p cực Bạc và p cực Nam), quay với tần số n vòng/s. Khi rôto quay, đầu trên một cực Bắc quay qua một cuộn dây, rồi đến cực Nam, Sau đó đến cực Bắc thứ hai. Từ thông qua một cuộn dây biến thiên tuần hoàn với chu kì bằng thời gian để một cực Bắc đi từ một cuộn dây đến cuộn dây kế tiếp theo. Trong một chu kì quay của rôto, có p lần chu kì của dòng cảm ứng, ta có T = — =>f = np np Tính f: f = np = .5 = 50 (Hz) 60 S3 Chứng minh Udây = T3Upha Dùng giản đồ vectơ. UO1 = U02 = U03 là các biên độ của hiệu điện thế pha. Hiệu điện thế dây từ A2 đến Ai là: ud = u2 - Ui => Uod =Uũ2 -Uoi Theo quy tắc cộng vectơ (hình bình hàr Ta có: uũđ = 2UO1 COS =ư01. Tã 2 Vậy ud = Tã Up c. CÂU HỎI SAU BÀI HỌC Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào? Phân biệt dòng một pha với dòng ba pha. Hướng dẫn trả lời Nguyên tắc hoạt động của các máy điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Dòng 1 pha-. Rôto tạo ra từ trường quay sinh ra suất điện động xoay chiều trong các cuộn dây cô' định (stato) Dòng 3 pha-. Rôto tạo ra từ trường quay sinh ra suất điện động xoay chiều trong 3 cuộn dây giông nhau đặt cô' định trên vòng tròn tạo với nhau những góc 120° (stato) D. BÀI TẬP Trong máy phát điện xoay chiều một pha, từ trường quay có vecto B quay 300 vòngIphút tạo bởi 20 cực nam châm điện (10 cực nam và 10 cực Bắc) quay vói tốc độ bao nhiêu? A. 10 vòng/s; B. 20 vòng/s; c. 5 vòng/s; D. 100 vòng/s. Trong trường hạp bạ suất diện động của máy phát ba pha mắc theo hình sao và ba tái cũng dược mắc theo hình sao thì phải có bốn dường dây nối từ nguồn đến tải. Hãy xét trường hạp ba tải dối xứng và chứng minh ràng trong số bốn đường dây nối ấy có một đường dày tại đó cường độ bằng không (đitàng dây trung hoà). Hướng dẫn giải Chọn đáp án c. n = 300 vòng/phút = = 5 (vòng/s). 60 Khi 3 tải đô'i xứng, các vectơ quay của 3 dòng điện trong 3 tải hợp nhau những góc 120° như hình vẽ. Ta có dòng điện trong dây trung hòa: I = li' + Ỉ2 +13 => I = I12 + I3 Tứ giác hợp bởi Ij và I2 là hình thoi có góc 120° => I12 = 2IiC0s~* = 2IiC0s^^-= 2.I1. = li- Vậy ĩ = I12 + I3 = 0 . 2 2 2