Máy phát điện xoay chiều

Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn Bài 16 Máy phát điện xoay chiều A Giải tập lần trước + Chỉ UAB = I R + Z c = = U R2 + Zc R2 + Zc O U~ O L R + (Z L − ZC ) ⇒ U AB U Z C A R B V R + Z C2 =U ( R + Z C2 ) + Z L2 − Z L Z C U = 1+ Z L2 − 2Z L Z C R + Z C2 Z L2 − Z L Z C ⇒ Khi y giảm UAB tăng R + Z C2 ⇒ Số cực đại ymin −2 Z L ( R + Z C2 ) + Z C 2Z L Z C Đạo hàm y’ = ( R + Z C2 ) Đặt y = = −2Z L R − 2Z L Z C + 4Z L Z C ( R + Z C2 ) 2 ⇔ y’ = 2Z L Z C − 2Z L R 2Z L ( Z C2 − R ) = ( R + Z C2 ) ( R + Z C2 ) Z C2 = R  Dễ thấy y’ =  ⇒ ZC = R ZC >  Khi ZC tăng dần qua giá trị ZC = R đạo hàm y’ đổi dấu từ (-) sang (+) ⇔ Khi ymin ⇒ U max Vậy U B V max C= ZC = R thi 1 = Z cw R.2π f Máy phát điện xoay chiều: Để phát dòng điện xoay chiều người ta chế tạo loại máy phát Máy phát dùng dùng khung dây quay từ trường + Từ thông qua khung dây Φ = NBS cos α = NBScos(wt+ϕ ) ⇒ suất điện động cảm ứng sinh khung dây Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn e = −Φ '(t ) = NBSwsin(wt+ϕ ) Pha ban đầu ϕ tuỳ thuộc cách chọn thời điểm ban đầu Nếu t = 0, khung dây vị trí vuông góc với đường sức ϕ = Khi e= Eosinwt = NBSwsinwt • ý: - Tần số góc w = 2πf f tần số dòng điện xoay chiều có giá trị số vòng mà khung dây quay giây - Để lấy điện ngoài, phải dùng hệ thống vòng khuyên quét máy thường có công suất nhỏ, hiệu điện thấp để tránh xảy tia lửa điện Bài tập áp dụng: Một máy phát điện tạo khung dây hình chữ nhật kích thước 10cm15cm gồm 120 vòng dây quay từ trường có B = 5.10-2 T A B O O C R V Tốc độ quay khung 3000vòng/phút a) Hãy viết biểu thức suất điện động tức thời xuất khung thời điểm t=0 lúc khung dây vuông góc với đường sức b) Dòng điện máy phát đưa vào điểm A,B mạch điện, hình vẽ V khung dây Biết Biết R = 30Ω; R lớn bỏ qua điện trở 16V V Tính số điện dung tụ C viết biểu thức u đầu tụ C c) Thay đổi tần số quay khung đến 9,6 V Tính tần số dòng điện lúc công suất tiêu thụ điện trở R V Giải a) Biểu thức suất điện động: + Từ thông qua khung φ = NBScosα Khi khung quay góc α biến thiên theo quy luật α = 10t + ϕ + Theo giả thiết: Khi t = Khung dây vuông góc với đường sức α = ⇒0=wx0+ϕ ⇒ϕ=0 Vậy φ = NBScosα = φ = NBScoswt ⇒ suất điện động cảm ứng xuất khung e = −Φ '(t ) = NBSwsinwt + Tần số f = 3000vòng/phút = 50vòng/s ⇒ w = 2πf = 100π s-1 + Biên độ suất điện động Eo = NBSw = 120.0,1.0,15.100.3,14 Eo = 28,26V Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn Biểu thức e = Eosinwt = 28,26sin100πt (v) b) Nếu bỏ qua điện trở khung hiệu điện phát cực máy suất điện động máy phát ⇒ UAB ! e = 28,26 sin 100πt (v) A B O ~O + Dòng điện mạch U UC R C I= = Z ZC ⇒ U/ 2 V U Uo U = C ⇒ = C2 2 2( R + Z C ) Z C R + Z C2 Z C " I O 28, 262 162 28, 262 Z C2 ⇒ = ⇔ = 302 + Z C2 2 2 2(30 + Z C ) Z C 2.16 ⇔ 1,56Z C2 = 900 + Z C2 ⇒ Z C UR ϕ 900 ! 40Ω ###" 0,56 UC #" U + Điện dung tụ 1 C= = ! 7,96.10−5 F = 79, 6µ F Z C w 40.100.3,14 + hiệu điện hai đầu tụ C trễ pha u góc ϕ U R 30 tgϕ = R = = = 0, 75 ⇒ ϕ = 0, 6435rad U C Z C 40 Vậy UC = 16 sin(100π t − 0, 6435)v c) Thay đổi tần số quay khung : w thay đổi Eo = NBSw ⇒ UoAB ! Eo = NBSw Tổng trở Z = R 2   +    C w  Dòng điện mạch I = U N BSw = AB Z R   +    Cw  ⇒ Hiệu điện đầu tụ điện: U C = IZ C N BSw = 2 R   +    Cw  Cw 2    NBS     NBS  ⇒R +  =   ⇔  =   − R C   Cw  C 2.UC   Cw  CU Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn ⇒ Cw= ⇒  NBS    −R  C 2.U C  ⇒ w= w  NBS  2   −R C U  C  = ⇔ w  NBS    −R  C 2.U C   120.5.10−2.0,1.0,15  −5   − (30.7,96.10 ) 9,   ! 161,7s-1 w 1, = ! 5, H z 2π 3,1 Lúc ZC= 1 = ! 77, 7Ω Cw , − 1, U C 9, = A Cw 77,7 Công suất tiêu thụ R I =  9,  P = I R =   ≈ , w  77,  Máy phát điện dùng nam châm quay Để tránh xảy tia lửa điện chỗ vòng khuyên tiếp xúc với quét hiệu điện cao người ta đảo lại thứ tự: để cuộn dây đứng yên, nam châm quay Theo nguyên lý tương đối, tượng lúc tương đương với để nam châm đứng yên cuộn dây quay suất điện động cảm ứng sinh có công thức tương tự phần e = −φ '( t ) = NBSw s in w t - Để giảm tốc độ rôto mà đạt tần số f = 50Hz người ta tăng số cặp cực ⇒ fdòng điện = nfrôto n số cặp cực rôto Bài tập áp dụng Stato máy phát điện gồm cuộn dây giống mắc mối tiếp Mỗi cuộn gồm 80 vòng dây, diện tích vòng 100cm2 Rôto máy gồm cặp cực quay với tốc độ 750r/ph Cảm ứng từ từ trường B = 0,1 T a) tính suất điện động cực đại máy phát Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn b) Hiệu điện máy phát đặt vào điểm AB mạch điện gồm cuộn 10−4 F dây có điện trở R, hệ số tự cảm L mắc nối tiếp với tụ C = π A B O O L, R A C D B V Bỏ qua điện trở máy phát Điện trở i: π V vô lớn Biết hiệu điện UAB trễ pha hiệu điện đầu cuộn dây sớm pha i: π 6 Tính điện trở R hệ số dự cảm L cuộn dây Tính số chủ phôn kế c) thay đổi tần số quay rôto đến xảy cộng hưởng mạch; tính tần số dòng điện mạch thời điểm Giải: + tần số quay rôto frôto = 750vòng/ph = 12,5vòng/s + Vì rôto có cặp cực nên rôto quay vòng xuất điện động biến thiên chu kỳ ⇒ fdòng điện =4frôto = 50Hz ⇒ tần số góc w = π f = 100π ( s −1 ) a) Tính suất điện động cực đại cuộn dây: Eo1 = NBSw = 80.0,1.10-2.100.3,14 = 25,12 V Vì cuộn dây mắc nối tiếp nên xuất điện động máy phát Eo = 4Eo1 = 4.25,12 = 100,48V A B O A O R, L D b) Tính R, L số V + Nếu bỏ qua điện trở máy phát u ! e ! hiệu điện đặt vào mạch ##" UL UAB ! e = 100,48sin100 π t (t) + ZC = = Cw 10 π −4 = 100 Ω C B V ####" U AD ϕ1 I 100π ϕ2 ###" UR ####" U AB ##" UC Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn + Theo giả thiết: UAB trễ pha i π => ϕ2 = UAB sớm pha i: tgϕ1 = π π => ϕ1 = π UL ZL = = ⇔ R 3Z L UR R U C − U L ZC − Z L R 3Z L = = ⇔ ZC − Z L = = UR R 3 Z 100 ⇔ ZC = 2Z L ⇔ Z L = e = = 50Ω 2 Z 50 L= L = H ! 0,159 H = w 100π 2π R = 3Z L = 50 3Ω ! 86, H tgϕ2 = UR R R 50 = => Z = = = 100Ω U AB Z cosϕ cosπ /6 Uo 100, 48 U = ! 0, 71A + I= = Z 2.Z 2.100 V UC = IZC = 0,71.100= 71V + Từ cosϕ = Cộng hưởng mạch Để có cộng hưởng mạch R,L, C ZL = Zc => Lw = ⇒w= = LC = w 100π −1 (s ) 10−4 2π π w 100π ⇒ f = = = 25 Hz ! 35 Hz 2π 2.2π + Lúc Uo ! Eo1 = NBSw = 4.80.0,1.10−2 I= Môn Vật Lý 100 3,14 ! 71V U U 71 = o = ≈ 0,58 A R 2R 2.50 Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam www.truongthi.com.vn Lớp học qua mạng Câu hỏi tập nhà Tại hình vẽ máy phát điện xoay chiều sách giáo khoa phận stato phải có cuộn dây Nếu có cuộn dây nhiều cuộn dây có không? Tại rôto máy phát điện thực tế thường dùng nam châm điện mà không dùng nam châm vĩnh cửu Dòng điện cung cấp cho nam châm lấy đâu? Làm tập đề luyện thi đại học : Đề 32(2), 78(2) Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam  ... Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn Biểu thức e = Eosinwt = 28,26sin100πt (v) b) Nếu bỏ qua điện trở khung hiệu điện phát cực máy suất điện động máy phát. .. đại máy phát Môn Vật Lý Thầy giáo Đỗ Lệnh Điện Trường PTTH Hà Nội – Amsterdam Lớp học qua mạng www.truongthi.com.vn b) Hiệu điện máy phát đặt vào điểm AB mạch điện gồm cuộn 10−4 F dây có điện. .. dòng điện xoay chiều có giá trị số vòng mà khung dây quay giây - Để lấy điện ngoài, phải dùng hệ thống vòng khuyên quét máy thường có công suất nhỏ, hiệu điện thấp để tránh xảy tia lửa điện Bài