Khóa học Vật lí 12– Thầy ĐặngViệt Hùng Máy phát in xoay chiu Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - I. MÁY PHÁT IN XOAY CHIU MT PHA 1. Nguyên tc hot ng máy phát in xoay chiu a) Nguyên tắc hoạt động Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện m ột suất điện động cảm ứng xoay chiều. Biểu thức của từ thông φ = NBSco s(ωt) Wb. Biểu thức của suất điện động c ảm ứng e = – φ’ = ω NBSsin(ωt) Đặt E 0 = ωNBS = ωφ 0 ta đư ợ c, e = E 0 sin(ωt) = E 0 cos(ωt – π/2) V b) Có hai cách tạo ra suất điện độn g xo ay c hiều thường dùng trong các máy điện : - T ừ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trườn g. - T ừ trường quay, các vòng dây đặt cố định. 2. Máy phát in xoay chiu mt pha a) Cấu tạo Máy phát điện x oa y c hi ều 1 pha (còn gọi là máy dao điện) gồm 2 p h ần chính: Phn cm: Là nam châm dùng để tạo ra từ trường. Nam châm của phần cảm c ó t h ể là nam châm vĩnh cữu hoặc nam châm điện. Phn n g: Là khung dây dẫn dùng để tạo ra dòng điện. Một trong hai phần cảm v à p hần ứng đứng yên, phần còn lại quay, bộ phận đứng yên gọi là stato, bộ phận quay gọi là rôto. Từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên tuần hoàn với tần số f = np trong đó: n (vòng/s), p: số cặp cực. Nếu N(vòng/phút) thì tần số Np f 60 = b) Hoạt động Các máy phát đ i ệ n xoay chi ề u m ộ t pha có th ể ho ạ t độ ng theo hai các h : - C á ch th ứ nh ấ t : ph ầ n ứ ng quay, ph ầ n c ả m c ố đị nh. - C á ch th ứ hai : ph ầ n c ả m q ua y , ph ầ n ứ ng c ố đị nh. Các máy ho ạ t độ ng theo cách th ứ nh ấ t có stato là nam châm đặ t c ố đị nh, rôto là khung dây quay quanh m ộ t tr ụ c trong t ừ tr ườ ng t ạ o b ở i stato. Để d ẫ n dòng đ i ệ n ra m ạ ch ngoài, ng ườ i ta dùng hai vành khuyên đặ t đồ ng tr ụ c và cùng quay v ớ i khung dây. M ỗ i vành khu yên có m ộ t thanh quét tì vào. Khi khung dây quay, hai vành khuyên tr ượ t trên hai thanh quét, dòng đ i ệ n truy ề n t ừ khu ng dâ y qua hai than h qu ét ra ngoài. Cá c má y ho ạ t độ ng theo cách th ứ hai có rôto là nam châm, th ườ ng là nam châm đ i ệ n đượ c nuôi b ỏ i dòng đ i ệ n m ộ t chi ề u; stato g ồ m n hi ề u cu ộ n dây có lõi s ắ t, x ế p thành m ộ t vòng tròn. Các cu ộ n dây c ủ a rôto c ũ ng có lõi s ắ t và x ế p thành vòng tròn, quay quanh tr ụ c qua tâm vòng tròn. Hình 1. Sơ đồ máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng quay, phần c ảm cố định Ví d 1: Mt máy phát in xoay chiu 1 pha có rôto gm 4 cp c c t, mun tn s dòng in xoay chiu phát ra là 50 Hz thì rôto phi quay vi tc là bao nhiêu? Hướng dẫn giải: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) Giáo viên: NG VIT HÙNG Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài ging Dòng in xoay chiu Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - Áp dụng công thức f 50 f np n 12,5(vòng/s) 750(vòng/phút) p 4 = ⇒ = = = = Ví d 2: Mt máy phát in xoay chiu 1 pha có 4 cp cc rôto quay vi tc 900vòng/phút, máy phát in th hai có 6 cp cc. Hi máy phát in th hai phi có tc là bao nhiêu thì hai dòng in do các máy phát ra hòa vào cùng mt mn g in Hướng dẫn giải: Để hai máy phát hòa vào đư ợ c cùng một mạng điện thì chúng phải cùng tần số Khi đó 1 1 2 2 1 1 1 2 2 N p N p N p 900.4 f N 600(vòng/phút). 60 60 p 6 = = ⇒ = = = Ví d 3: Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn cm là rôto gm 4 cp cc (4 cc nam và 4 cc bc). sut in ng do máy này sinh ra có tn s 50 Hz thì rôto phi quay vi tc . A. 480 vòng/phút. B. 75 vòng/phút. C. 25 vòng/phút. D. 750 vòng/phút. Ví d 4: (Trích thi H – 2011) Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn ng gm bn cun dây ging nhau mc ni tip. Sut in n g xo a y c h i u do máy phát sinh ra có tn s 50 H z v à g iá t r hiu dng 100 2 V . T thông c c i qua m i vòng dây c a ph n ng là 5/ π mWb. S vòng dây trong m i cu n dây c a ph n ng là A. 71 vòng. B. 100 vòng. C. 400 vòng. D. 200 vòng. Hướng dẫn giải: 1 01 01 1 01 1v 3 1v E E E 100 2 E 2 π f E 2 N . N 100 5 2πf 4 2πf 4 2πf .10 .4 2π .50 π − = Φ = ⇔ Φ = = = Φ ⇔ = = = Φ vòng. Ví d 5: Ph n c m c a m t máy phát i n xoay chi u g m 2 c p c c. V n t c quay c a rôto là 1500 vòng/phút. Ph n ng c a máy phát g m 2 cu n dây nh ư nhau m c n i ti p. Tìm s vòng c a m i cu n dây bi t r ng t thông c c i qua m i vòng dây là 5 mWb và su t i n ng hi u d ng máy t o ra là 120 V? A. 26 B. 54 C. 28 D. 29 Ví d 6: (Trích thi H – 2010) M t ng c ơ i n xoay chi u khi ho t ng bình th ư ng v i i n áp hi u d ng 220 V thì sinh ra công su t c ơ h c là 170 W. Bi t ng c ơ có h s công su t 0,85 và công su t to nhi t trên dây qu n ng c ơ là 17 W. B qua các hao phí khác, c ư ng dòng i n c c i qua ng c ơ là A. 2A. B. 1 A. C. 2 A. D. 3A. Ví d 7: M t máy phát i n xoay chi u m t pha. Ph n c m g m 2 c p c c quay v i t c 1500 vòng/phút, ph n ng g m 4 cu n dây nh ư nhau m c n i ti p. T thông c c i qua m i vòng dây là 5.10 -3 Wb, su t i n ng hi u d n g m á y t o ra là 120 V. S vòng dây c a m i cu n là A. 108. B. 200. C. 27. D. 50. Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài ging Dòng in xoay chiu Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - Ví d 8: Phn cm ca máy phát in xoay chiu có hai cp cc. Các cun dây ca phn ng mc ni tip và có s vòng tng cng là 240 vòng. Bit sut in ng có giá tr hiu dng là 220 V, tn s f = 50 Hz. T thông cc i qua mi vòng dây và tc quay ca rôto có giá tr nào sau ây? A. n = 50 vòng/giây, − Φ = 3 0 1 .10 Wb. 2π B. n = 20 vòng/giây, − Φ = 3 0 2 .10 Wb. π Wb C. n = 25 vòng/giây, − Φ = 3 0 3, 24 .10 Wb. π Wb D. n = 250 vòng/giây, − Φ = 3 0 1 , 2 .10 Wb. π Wb II. MÁY PHÁT IN XOAY CHIU 3 PHA 1. Máy phát in xoay chiu 3 pha a) Khái niệm: Là máy tạo ra 3 suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần sồ, cùng biên độ và lệch pha nhau 120 0 từng đôi một. Biểu thức của suất điện động ở ba cuộn dây tương ứng là: ( ) 1 0 2 0 3 0 0 2π e E os ωt ;e E os ωt 3 4 π 2π e E os ωt E os ωt 3 3 c c c c = = − = − = + b) Cấu tạo: Phn cm : là nam châm quay xung quanh 1 trục dùng để tạo ra từ trường (hay còn gọi là Rôto). Phn ng : g ồm 3 c uộn dây dẫn giống nhau lệch nhau 120 0 tức là 1/3 vòng tròn (hay còn gọi là Stato). c) Nguyên tắt hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi rôto quay từ thông qua các cuộn dây biến thiên điều hòa trong các cuộn dây xuất hiện suất điện động xoay chiều. Giả sử tại thời điểm t = 0 từ thông gởi qua cuộn 1 cực đại. Sau thời gian bằng T/3 từ thông qua cuộn 2 cực đại. Sau thời gian T/3 nữa từ thông qua cuộn 3 cực đại. Vậy từ thông qua các cuộn dây lệch nhau về thời gian là T/3 hay về pha là 120 0 . Khi nối các đầu của 3 đầu cuộn dây với 3 mạch ngoài giống nhau thì 3 dòng điện trong các mạch đó có cùng tần số, biên độ nhưng cũng lệch pha nhau 120 0 . Biểu thức của các dòng dòng điện tương ứng là: ( ) 1 0 2 0 3 0 0 2 π 4π 2π i I cos ωt ;i I cos ωt ;i I cos ωt I cos ωt 3 3 3 = = − = − = + Dòng điện trong mỗi cuộn dây được coi như dòng điện xoay chiều 1 pha. Máy phát ba pha được nối với ba mạch tiêu thụ điện năng (hay còn gọi là các tải tiêu thụ). Xét các tải đối xứn g (cùng điện trở, dung kháng, cảm k h án g) . 2. Các sơ mc ti 3 pha i xng a) Cách mắc hình sao: - Ba điểm đầu A 1 , A 2 , A 3 của các cuộn dây 1, 2, 3 được nối với 3 m ạch ngoài bằng 3 dây dẫn khác nhau gọi là dây pha. Ba điểm cu ối B 1 , B 2 , B 3 của các cuộn dây được nối với nhau bằng một dây dẫn chung rồi nối với mạch ngoài gọi là dây trung hòa. - Cường độ tức thời trên dây trung hòa i = i 1 + i 2 + i 3 . Nếu các tải Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài ging Dòng in xoay chiu Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - đối xứng thì i = 0. - Gọi hiệu điện thế giữa một dây pha và một dây trung hòa là hiệu điện thế pha U P. Gọi hiệu điện thế giữa hai dây pha là hiệu điện thế dây U d Ta có hệ thức sau : d p d p U 3U I I = = b) Cách mắc hình tam giác Đ i ể m c u ố i c ủ a cu ộ n dây 1 đượ c n ố i v ớ i đ i ể m đầ u c ủ a cu ộ n dây 2, đ i ể m c u ố i c ủ a cu ộ n 2 đượ c n ố i v ớ i đ i ể m đầ u c ủ a cu ộ n 3, đ i ể m c u ố i c ủ a cu ộ n 3 n ố i v ớ i đ i ể m đầ u c ủ a cu ộ n 1. Các đ i ể m n ố i đượ c n ố i v ớ i m ạ ch ngoài b ằ ng 3 dây pha. T ả i tiêu th ụ c ũ ng đượ c m ắ c theo hình tam giác. Ta có: d p d p U U I 3 I = = Chú ý: Khi tính toán về máy phát điện xoay chiều 3 pha thì chúng ta tính toán trên từng pha với điện áp là U P . Ví d 1: Mt máy phát in ba pha có tn s f = 50 Hz. 1) Cun dây phn ng mc hình sao. Bit in áp gia mi dây pha và dây trung hoà là U P = 220 V. Tìm in áp gia mi dây pha vi nhau. 2) Ta mc mi ti vào mi pha ca mng in : T i Z 1 ( R, L ni tip ) mc vào pha 1; ti Z 2 ( R, C ni tip ) m c vào pha 2, ti Z 3 (RLC ni tip) mc vào pha 3. Cho − = = = 2 R 6 Ω ; L 2,55.10 H; C 306 µF. Tính: a) Cưng dòng in trên mi ti tiêu th. b) Công sut tiêu th ca mi ti và công sut ca máy phát. Hướng dẫn giải: 1) Do h ệ đư ợ c m ắ c theo s ơ đồ hình sao nên đ i ệ n áp m ỗ i dây pha v ớ i nhau U d th ỏ a mãn d p U 3U 220 3V = = 2) T ừ gi ả thi ế t ta tính đượ c các thông s ố trên m ỗ i t ả i tiêu th ụ : R = 6 Ω , Z L = 8 Ω , Z C = 10 Ω . T ổ ng tr ở t ươ ng ứ ng trên m ỗ i t ả i là : 2 2 1 L Z R Z 10 = + = Ω ; 2 2 2 C Z R Z 12 = + = Ω ; ( ) 2 2 3 L C Z R Z Z 2 10 = + − = Ω a) Khi đ ó c ườ ng độ dòng đ i ệ n trên m ỗ i t ả i (hay trên m ỗ i pha) tiêu th ụ là p 1 1 U 220 I 22A Z = 10 = = ; p 2 2 U 220 I 18,3A Z = 12 = ≈ ; p 3 3 U 220 I 34,7A Z = 2 10 = ≈ b) Công suất tiêu thụ trên mỗi tải tiêu thụ là: P 1 = I 1 2 .R = 22 2 .6 = 2904 W P 2 = I 2 2 .R = 18,3 2 .6 = 2099 W P 3 = I 3 2 .R = 34,7 2 .6 = 7224 W Khi đó công suất tiêu thụ của hệ chính là tổng công suất tiêu thụ trên mỗi tải tiêu thụ. Ta có P = P 1 + P 2 + P 3 = 2904 + 2009 + 7224 = 12137 W. Ví d 2: Mt ng cơ không ng b ba pha có công sut 2208 W ưc mc hình sao vào mng in xoay chiu ba pha có hiu in th dây 190 V, h s công sut ca ng cơ bng 0,7. Hiu in th pha và công sut tiêu th ca mi cun dây là A. U p = 110V, P 1 = 7360 W. B. U p = 110 V, P 1 = 376 W. C. U p = 110V, P 1 = 3760 W. D. U p = 110 V, P 1 = 736 W. Ví d 3: Trong máy phát in xoay chiu ba pha an g hot n g , s u t in ng xoay chiu xut hin trong mi cun dây ca stato có giá tr cc i là E 0 . Khi sut in ng tc thi trong mt cun dây bng 0 thì sut in ng tc thi trong mi cun dây còn li có ln bng nhau và bn g A. . 0 E 3 2 B. . 0 2E 3 C. . 0 E 2 . D. . 0 E 2 2 Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài ging Dòng in xoay chiu Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 - Ví d 4: Mt ng cơ in xoay chiu có in tr dây cun là 16 . Khi mc vào mch in có in áp h iu dng 220 V thì sn ra công sut cơ hc là 160 W. Bit ng cơ có h s c ô ng su t 0,8. B qua các hao phí khác. Hiu sut ca ng cơ là A. 80%. B. 85%. C. 91%. D. 98%. Ví d 5: Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều một pha chỉ có R và cuộn dây thuần cảm . Bỏ qua điện trở các dây nối. Khi Rôto quay với tốc độ n vòng/phút thì cường độ dòng điện qua máy là 1 A. Khi Rôto quay với tốc độ 3n vò n g/ ph ú t t hì c ường độ là 3A. K h i R ôt o q u ay vớ i t ố c độ 2n vòng/phút thì c ả m kh á n g c ủ a m ạ ch là bao nhiêu? A. R . 3 B. 2R . 3 C . 2R 3. D. R 3. Ví d 6: Một máy phát điện xoay chiều một pha có một cặp cực, mạch ngoài được nối với một mạch RLC nối tiếp gồm c uộn thuần cảm có độ tự cảm 10 L (H) 25 π = , tụ điện C và điện trở R. Khi máy phát điện quay với tốc độ 750 vòn g/ ph út thì dòng điện hiệu dụng qua mạch là 2A ; khi máy phát điện quay với tốc độ 1500 vòng/phút thì trong mạch có cộng hưởng và dòng điện hiệu dụng qua mạch là 4 A. Giá trị của điện trở thuần R và tụ điện C lần lượt là A. 3 10 R 25 Ω ;C (F). 25 π − = = B. 3 10 R 30 Ω ;C (F). π − = = C. 3 2.10 R 15 Ω ;C (F). π − = = D. 4 4.10 R 30 Ω ;C (F). π − = = Giáo viên : ng Vit Hùng Ngun : Hocmai.vn . Khóa học Vật lí 12 Thầy ĐặngViệt Hùng Máy phát in xoay chiu Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 5 8-5 8-1 2 - Trang | 1 - I. MÁY PHÁT IN XOAY CHIU MT. II. MÁY PHÁT IN XOAY CHIU 3 PHA 1. Máy phát in xoay chiu 3 pha a) Khái niệm: Là máy tạo ra 3 suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần sồ, cùng biên độ và lệch pha nhau 120 0 từng. bao nhiêu? Hướng dẫn giải: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) Giáo viên: NG VIT HÙNG Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài ging Dòng in xoay chiu Hocmai.vn – Ngôi