GA Lý 12-Chuẩn-HK2

Tiết 55 : Bài 42 : MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I / MỤC TIÊU : • Hiểu nguyên tắc hoạt động của các máy phát điện xoay chiều. • Nắm được cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha. • Biết vận dụng các công thức để tính tần số và suất điện động của máy phát điện xoay chiều. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Mô hình máy phát điện xoay chiều một pha, tranh vẽ sơ đồ các loại máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha. 2 / Học sinh : Xem lại hiện tượng cảm ứng điện từ III / GI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ HS : Φ = Φ 0 cos 2πft HS : e = − N dt d Φ = 2πf N Φ 0 sin 2πft HS : e = 2πf N Φ 0 cos ( 2πft − π / 2 ) HS : E 0 = 2πf N Φ 0 HS : Từ trường cố đònh, vòng dây quay. HS : Từ trường quay, vòng dây cố đònh. Hoạt động 2 : HS : Phần cảm và phần ứng. HS : Nam châm điện, nam châm vónh cữu. HS : Những cuộn dây HS : stato, roto GV : Nguyên tắc hoạt động của các loại máy phát điện xoay chiều là gì ? GV : Viết biểu thức từ thông qua mỗi vòng dây ? GV : Viết biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây có N vòng ? GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây có N vòng ? GV : Viết biểu thức biên độ của suất điện động ? GV : Nêu hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng trong các máy phát điện ? GV : Nêu tên hai bộ phận chính của máy phát điện xoay chiều ? GV : Phần cảm được cấu tạo như thế nào ? GV : Phần ứng được cấu tạo như thế nào ? - 1 - HS : Phần ứng gồm nhiều cuộn dây, mỗi cuộn dây lại gồm nhiều vòng dây mắc nối tiếp, phần cảm gồm nhiều nam châm điện. HS : Quấn trên các lõi thép kỹ thuật. HS : Lõi thép gồm nhiều lá thép mỏng ghép cách điện. HS : Có 2 cách HS : hai vành khuyên, hai thanh quét. Hoạt động 3 : HS : Nêu đònh nghóa. HS : e 1 = E o cosωt e 2 = E o cosω(t - 2 3 π ) e 3 = E o cosω(t + 2 3 π ) HS : 3 cuộn dây giống nhau. HS : Tam giác hoặc sao GV : Nêu tên của phần quay và phần cố đònh của máy phát điện ? GV : Người ta phải làm gì để tăng suất điện động của máy phát ? GV : Để tăng cường từ thông qua các cuộn dây người ta phải làm gì ? GV : Muốn tránh dòng điện PhuCô người ta phải làm gì ? GV : Các máy phát điện xoay chiều 1 pha có mấy cách hoạt động ? GV : Để dẫn dòng điện ra ngoài người ta phải làm bằng cách nào ? GV : Dòng điện xoay chiều 3 pha là gì ? GV : Viết các biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây ? GV : Quan sát hình vẽ 42.4 mô tả cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 3 pha ? GV : Tải tiêu thụ điện năng được mắc như thế nào ? IV / NỘI DUNG : 1. Nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều a) Nguyên tắc hoạt động của các loại máy phát điện xoay chiều là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ : khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều. b) Có hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng trong các máy điện : - Từ trường cố đònh, các vòng dây quay trong từ trường. - Từ trường quay, các vòng dây đặt cố đònh. 2. Máy phát điện xoay chiều một pha a) Các bộ phận chính Có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng. - Phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vónh cửu. Đó là phần tạo ra từ trường. - Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động. - 2 - Một trong hai phần đặt cố đònh, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố đònh gọi là stato, phần quay gọi là rôto. Để tăng suất điện động của máy phát, phần ứng thường gồm nhiều cuộn dây, mỗi cuộn lại gồm nhiều vòng dây mắc nối tiếp với nhau; phần cảm gồm nhiều nam châm điện tạo thành nhiều cặp cực Bắc – Nam, bố trí lệch nhau. Các cuộn dây của phần ứng và phần cảm thường được quấn trên các lõi thép kó thuật để tăng cường từ thông qua chúng. Lõi thép gồm nhiều lá thép mỏng ghép cách điện với nhau để giảm hao phí do dòng Phu – cô. b) Hoạt động Các máy phát điện xoay chiều một pha có thể hoạt động theo hai cách : - Cách thứ nhất : phần ứng quay, phần cảm cố đònh. - Cách thứ hai : phần cảm quay, phần ứng cố đònh. Các máy hoạt động theo cách thứ nhất có stato là nam châm đặt cố đònh, rôto là khung dây quay quanh một trục trong từ trường tạo bởi stato. Để dẫn dòng điện ra mạch ngoài, người ta dùng hai vành khuyên đặt đồng trục và cùng quay với khung dây (Hình 42.1). Mỗi vành khuyên có một thanh quét tì vào. Khi khung dây quay, hai vành khuyên trượt trên hai thanh quét, dòng điện truyền từ khung dây qua hai thanh quét ra ngoài. Các máy hoạt động theo cách thứ hai có rôto là nam châm, thường là nam châm điện được nuôi bỏi dòng điện một chiều; stato gồm nhiều cuộn dây có lõi sắt, xếp thành một vòng tròn. Các cuộn dây của rôto cũng có lõi sắt và xếp thành vòng tròn, quay quanh trục qua tâm vòng tròn. Hình 42.1 Sơ đồ máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng quay, phần cảm cố đònh 3. Máy phát điện xoay chiều ba pha a) Dòng điện xoay chiều ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây bởi ba suất điện động cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch nhau về pha là 2 3 π e 1 = E o cosωt e 2 = E o cosω(t - 2 3 π ) e 3 = E o cosω(t + 2 3 π ) - 3 - b) Cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra bởi máy phát điện xoay chiều ba pha. Máy này có cấu tạo giống như máy phát điện một pha hoạt động theo cách thứ hai nhưng stato có ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 120 o trên một vòng tròn. Rôto là một nam châm điện (Hình 42.4). Hình 42.4 Sơ đồ cấu tạo của một máy phát điện xoay chiều ba pha Khi rôto quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2 3 π . Nếu nối các đầu dây của ba cuộn với ba mạch ngoài giống nhau thì ta có hệ ba dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2 3 π . V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2 Xem bài 43 - 4 - Tiết 5 6 : Bài 43 : ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I / MỤC TIÊU : • Hiểu thế nào là từ trường quay và cách tạo ra từ trường quay nhờ dòng điện ba pha. • Hiểu nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Nam châm chữ U, kim nam châm, khung dây quay, các bộ phận của động cơ không đồng bộ ba pha. Tranh vẽ sơ đồ các bộ phận của động cơ không đồng bộ 3 pha. 2 / Học sinh : Xem lại cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 1 pha và 3 pha. III / GI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Có các đường sức từ quay trong không gian. HS : Từ trường quay. HS : Kim nam châm quay theo với cùng vận tốc góc. HS : Quay đồng bộ. Hoạt động 2 : HS : Quay đều nhưng với vận tốc góc nhỏ hơn vận tốc góc của nam châm. HS : Quay không đồng bộ. HS : Từ thông qua khung dây biến thiên. HS : Một dòng điện cảm ứng. HS : Một moment lực nam khung dây quay HS : Quay theo chiều quay của từ trường để làm giảm tốc độ biến thiên của từ thông qua khung ? HS :Nhỏ hơn HS : Nhờ có hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của điện trường quay. GV : Khi quay một nam châm quanh một trục, từ trường do nam châm gây ra có đặc điểm gì ? GV : Nếu đặt giữa hai cực của nam châm hình chữ U đang quay đều một kim nam châm thì kim nam châm sẽ như thế nào ? GV : Nếu đặt giữa hai cực của nam châm hình chữ U đang quay đều một khung dây dẫn kín thì kim nam châm sẽ như thế nào GV : Từ trường quay làm cho từ thông qua khung dây như thế nào ? GV : Lúc này trong khung dây xuất hiện cái gì ? GV : Từ trường quay tác dụng lên dòng điện khung dây như thế nào ? GV : Theo đònh luật Lenxơ, khung dây quay theo chiều như thế nào ? GV : Vận tốc của khung dây so với vận tốc góc của từ trường như thế nào ? GV : Nhờ cái gì mà khung dây quay và sinh công. - 5 - Hoạt động 3 : HS : Bố trí lệch nhau 1/3 vòng tròn với mạng điện ba pha. HS : Cùng biên độ, cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 2π/3. HS : Có phương nằm theo trục cuộn dây và biến đổi tuần hoànvới cùng tần số góc ω nhưng lệch pha nhau 2π/3 HS : Có độ lớn không đổi và quay trong mặt phẳng song sonh với ba trục cuộn dây với vận tốc góc bằng ω. Hoạt động 4 : HS : Có ba cuộn dây giống nhau quấn trên ba lõi sắt bố trí lệch nhau 1/3 vòng tròn. HS : Rôto là một hình trụ tạo bởi nhiều lá thép mỏng ghép lại. Trong các rãnh xẻ ở mặt ngoài rôto có đặt các thanh kim loại. Hai đầu mỗi thanh được nối vào các vành kim loại tạo thành một chiếc lồng. Lồng này cách điện với lõi thép và có tác dụng như nhiều khung dây đồng trục lệch nhau. HS : Có vận tốc góc bằng tần số góc của dòng điện. HS : Tác dụng lên các khung dây ở rôto các momen lực làm rôto quay với vận tốc nhỏ hơn vận tốc quay của từ trường HS : Để làm quay các máy khác. GV : Để tạo ra từ trường quay ba cuộn dây giống nhau được bố trí như thế nào ? GV : Nêu đặc điểm của ba dòng điện xuất hiện trong ba cuộn dây ? GV : Mỗi cuộn dây gây ra ở vùng xung quanh trục O một từ trường như thế nào ? GV : Vectơ cảm ứng từ B tổng hợp tại O có đặc điểm gì ? GV : Hướng dẫn học sinh quan sát mô hình và trả lời ? GV : Stato có cấu tạo như thế nào ? GV : Hướng dẫn học sinh quan sát mô hình và trả lời ? GV : Rôto có cấu tạo như thế nào ? GV : Khi mắc các cuộn dây ở stato với nguồn điện ba pha, từ trường quay tạo thành có đặc điểm gì ? GV : Từ trường quay này có tác dụng gì ? GV : Chuyển quay của rôto được sử dụng để làm gì ? IV / NỘI DUNG : 1. Nguyên tắc hoạt động a) Từ trường quay. Sự quay đồng bộ Khi quay một nam châm quanh một trục, từ trường do nam châm gây ra có các đường sức từ quay trong không gian. Đó là một từ trường quay. Nếu đặt giữa hai cực của một nam châm hình chữ U một kim nam châm và quay đều nam châm chữ U thì kim nam châm quay theo với cùng vận tốc góc. Ta nói kim nam châm quay đồng bộ với từ trường. b) Sự quay không đồng bộ - 6 - Thay kim nam châm bằng một khung dây dẫn kín. Khung này có thể quay quanh trục xx’ trùng với trục quay của nam châm. Nếu quay đều nam châm ta thấy khung dây quay theo cùng chiều, đến một lúc nào đó khung dây cũng quay đều nhưng với vận tốc góc nhỏ hơn vận tốc góc của nam châm. Do khung dây và từ trường quay với các vận tốc góc khác nhau nên ta nói chúng quay không đồng bộ với nhau. Nhờ có hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trường quay mà khung dây quay và sinh công cơ học. Động cơ hoạt động dựa theo nguyên tắc nói trên gọi là động cơ không đồng bộ. 2. Tạo ra từ trường quay bằng dòng điện ba pha. Từ trường quay có thể được tạo ra bằng dòng điện ba pha như sau : Mắc ba cuộn dây giống nhau, bố trí lệch nhau 1/3 vòng tròn với mạng điện ba pha. Trong ba cuộn dây có ba dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau 2 3 π . Mỗi cuộn dây đều gây ở vùng xung quanh trục O một từ trường mà cảm ứng từ có phương nằm dọc theo trục cuộn dây và biến đổi tuần hoàn với cùng tần số ω nhưng lệch pha nhau 2 3 π . 3. Cấu tạo và hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha Động cơ không đồng bộ ba pha có hai bộ phận chính : - Stato có ba cuộn dây giống nhau quấn trên ba lõi sắt bố trí lệch nhau 1/3 vòng tròn. - Rôto là một hình trụ tạo bởi nhiều lá thép mỏng ghép lại. Trong các rãnh xẻ ở mặt ngoài rôto có đặt các thanh kim loại. Hai đầu mỗi thanh được nối vào các vành kim loại tạo thành một chiếc lồng (Hình 43.4). Lồng này cách điện với lõi thép và có tác dụng như nhiều khung dây đồng trục lệch nhau. Rôto nói trên được gọi là rôto lồng sóc. Hình 43.4 Lồng kim loại của một rôto lồng sóc. Khi mắc các cuộn dây ở stato với nguồn điện ba pha, từ trường quay tạo thành có vận tốc góc bằng tần số góc của dòng điện. Từ trường qua tác dụng lên các khung dây ở rôto các momen lực làm rôto quay với vận tốc nhỏ hơn vận tốc quay của từ trường. Chuyển động quay của rôto được sử dụng để làm quay các máy khác. Hiệu suất của động cơ được xác đònh bằng tỉ số giữa công suất cơ học hữu ích P i mà động cơ sinh ra và công suất tiêu thụ P của động cơ. V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2 Xem bài 44 - 7 - Tiết 57 : Bài 44 : CHỈNH LƯU DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MÁY BIẾN THẾ TRUYỀN TẢI ĐIỆN I / MỤC TIÊU : • Nắm được nguyên tắc chỉnh lưu và vẽ được mạch chính lưu dùng điôt bán dẫn. • Nắm được nguyên tắc hoạt động, cấu tạo và các đặc điểm của máy biến thế. • Hiểu nguyên tắc chung của sự truyền tải điện đi xa. • Giải được các bài tập đơn giản về biến thế và truyền tải điện. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Điôt, mô hình máy biến thế, sơ đồ vẽ trước các mạch chỉnh lưu và dòng điện sau chỉnh lưu. 2 / Học sinh : Xem lại kiến thức về điôt, lõi sắt trong các máy phát điện, truyền tải điện năng trong đời sống hằng ngày. III / GI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Nêu đònh nghóa trong sách giáo khoa HS : Dụng cụ cho dòng điện qua chỉ có một chiều, vẽ ký hiệu, chỉ chiều của dòng điện. HS : Mắc sơ đồ mạch điện 44.1 HS : u AB > 0 HS : Dòng một chiều nhấp nhô. Hoạt động 2 : HS : Mắc sơ đồ mạch điện 44.3 HS : Học sinh nhìn hình mô tả HS : Học sinh nhìn hình mô tả HS : Cùng chiều. GV : Phương pháp chỉnh lưu dòng điện xoay chiều là gì ? GV : Hãy cho biết tính chất, ký hiệu của điốt ? đỉnh của tam giác chỉ cái gì ? GV : Hướng dẫn học sinh mắc sơ đồ mạch điện ? GV : Khi nào điốt mới cho dòng điện đi qua ? GV : Quan sát và nêu nhận xét đường biểu diễn cường độ dòng điện sau khi chỉnh lưu một nữa chu kỳ ? GV : Hướng dẫn HS mắc sơ đồ mạch điện GV : Khi u AB > 0 dòng điện chạy theo chiều nào ? GV : Khi u AB > 0 dòng điện chạy theo chiều nào ? GV : Em có nhận xét gì về chiều dòng - 8 - Hoạt động 3 : HS : Học sinh nêu đònh nghóa ? HS : Quan sát hiện vật, mô hình hoặc bằng tranh ảnh. HS : Hai vòng dây HS : Số vòng khác nhau, quấn trên lõi sắt, lõi sắt gồm các lá thép mỏng ghép cách điện với nhau, làm bằng đồng có điện trở nhỏ và cách điện với lõi. HS : Nối với nguồn điện. HS : Nối với tải tiêu thụ. Hoạt động 4 : HS : Khi bỏ qua sự mất mát từ thông. HS : Khi bỏ qua điện trở của các cuộn dây. HS : Khi hao phí năng lượng trong biến thế có thể bỏ qua. Hoạt động 5 : HS : Tìm hiểu ý nghóa vật lý của các đại lượng R, P, U, cos ϕ , ∆P HS : Giảm R của đường dây, thay đổi U điện đi qua R trong hai trường hợp trên ? GV : Máy biến thế là gì ? GV : GV cho học sinh quan sát các loại máy biến thế thường dùng trong đời sống hoặc trong kó thuật bằng hiện vật, mô hình hoặc bằng tranh ảnh. GV : Máy biến thế có mấy vòng dây ? GV : Hai cuộn dây có đặc điểm gì ? GV : Các vòng dây được quấn ở đâu ? GV : Lõi sắt này được cấu tạo như nào ? GV : Các cuộn dây được cấu tạo như thế nào ? GV : Thế nào là cuộn sơ cấp ? GV : Thế nào là cuộn thứ cấp ? GV : Khi nào viết được công thức 1 1 2 2 E n E n = GV :Khi nào viết được công thức 1 1 2 2 U n U n = GV :Khi nào viết được công thức 1 2 2 1 U I U I = đúng GV : Hướng dẫn học sinh thành lập biểu thức : ∆P = R 2 2 ( cos ) P U ϕ GV : Có mấy cách giảm ∆P ? IV / NỘI DUNG : 1. Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều Phương pháp chỉnh lưu dòng điện xoay chiều là phương pháp biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. a) Chỉnh lưu một nửa chu kì. Chỉ ở những nửa chu kì có u AB > 0 thì điôt mới cho dòng đi qua. - 9 - Hình 44.2 Đường biểu diễn cường độ dòng điện sau khi chỉnh lưu một nửa chu kì b) Chỉnh lưu hai nửa chu kì Trong một nửa chu kì u AB > 0, các điốt D 2 và D 4 không cho dòng đi qua. Dòng điện chạy theo đường AMNRQPB. Trong nửa chu kì tiếp theo, u AB < 0, các điôt D 1 và D 3 không cho dòng đi qua. Dòng điện chạy theo đường BPNRQMA. Hình 44.4 Đường biểu diễn cường độ dòng điện sau khi chỉnh lưu hai nửa chu kì 2. Máy biến thế Máy biến thế là thiết bò làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để tăng hoặc giảm hiệu điện thế xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. a) Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Máy biến thế gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín. Lõi thường làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silic, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Phu-cô. Các cuộn dây thường làm bằng đồng để có điện trở nhỏ và được cách điện với lõi. Một trong hai cuộn của máy biến thế được nối với nguồn điện xoay chiều, được gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ, được gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp. b) Sự biến đổi hiệu điện thế và cường độ dòng điện qua máy biến thế. Suất điện động cảm ứng trong mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây của nó : 1 1 2 2 e n e n = (44.1) 1 1 2 2 n n = E E (44.2) U 1 = E 1 , U 2 = E 2 1 1 2 2 U n k U n = = (44.3) - 10 - . lượng trong biến thế có thể bỏ qua. Hoạt động 5 : HS : Tìm hiểu ý nghóa vật lý của các đại lượng R, P, U, cos ϕ , ∆P HS : Giảm R của đường dây, thay đổi. bảng để cả lớp cùng phân tích. - Hoặc GV hướng dẫn HS làm nhanh phương án 1 ngay trên bàn GV để cả lớp quan sát được, sau đó các nhóm đều làm phương án 2.