Bài 7 máy điện XOAY CHIỀU

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BÀI 7: MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Mục tiêu  Kiến thức + Trình bày cấu tạo, nguyên tắc hoạt động loại máy phát điện động điện + Viết cơng thức tính tần số suất điện động máy phát điện xoay chiều pha tạo + Viết biểu thức suất điện động xoay chiều máy phát điện xoay chiều ba pha  Kĩ + Vận dụng công thức để giải tập có liên quan Trang A MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Nguyên lí tạo máy phát điện Máy phát điện Máy phát điện thiết bị dùng để biến đổi thành điện dựa tượng cảm ứng điện từ Các máy phát điện có cấu tạo gồm phần: Phần cảm: tạo từ trường Đó Bằng cách thay đổi số đường sức từ qua cuộn dây (bằng cách dịch chuyển nam châm lại gần chẳng nam châm điện hay nam châm vĩnh cửu  Phần ứng: tạo dịng điện Đó hạn) khung dây xuất suất điện động cảm ứng theo tượng cảm ứng điện từ cuộn dây  Một hai phần đặt cố định (gọi stato), phần lại quay quanh trục (gọi rôto) Máy phát điện xoay chiều pha Máy phát điện xoay chiều pha tạo suất Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo điện động xoay chiều máy phát điện xoay chiều Máy phát điện xoay chiều pha hoạt động theo pha theo cách thứ hai cách: - Cách thứ nhất: phần ứng quay, phần cảm cố định - Cách thứ hai: phần cảm quay, phần ứng cố Sơ đồ nguyên tắc cấu Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo máy phát điện tạo máy phát điện định Nếu máy phát có p cặp cực, rơto quay với xoay chiều pha xoay chiều pha tốc độ n (vịng/giây) tần số biến thiên suất theo cách thứ hai (có theo cách thứ hai (có điện động mà máy phát là: cặp cực) cặp cực) f  pn Trang SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA Là thiết bị tạo suất điện động xoay chiều dựa tượng cảm ứng điện Định nghĩa Máy phát điện xoay từ Công thức f  pn chiều pha Phần cảm Tạo từ trường Nam châm điện hay Cấu nam châm vĩnh cửu tạo Phần quay rôto Phần đứng yên stato Phần ứng Tạo dòng điện Cuộn dây II CÁC DẠNG BÀI TẬP Phương pháp giải Ví dụ: Một máy phát điện xoay chiều pha có Vận dụng cơng thức tính tần số máy phát điện phần cảm rôto gồm 10 cặp cực (10 cực nam 10 xoay chiều pha để giải tập cực bắc) Rơto quay với tốc độ 300 vịng/phút Suất Tần số suất điện động: điện động máy sinh có tần số bao nhiêu? f = pn Trong n tốc độ quay rơto có đơn vị Hướng dẫn giải Tần số suất điện động: f  vòng/s np 10.300   50 Hz 60 60 p số cặp cực (bằng nửa số cực) Nếu cho đơn vị n vịng/phút cơng thức trở thành: f  np 60 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một máy phát điện xoay chiều pha có rơto gồm cặp cực từ, muốn tần số dòng điện xoay chiều mà máy phát 50 Hz rơto phải quay với tốc độ bao nhiêu? A 3000 vòng/phút B 1500 vòng/phút C 750 vòng/phút D 500 vòng/phút Trang Hướng dẫn giải Tốc độ quay rôto n  60f 60.50   750 vịng/phút p Chọn C Ví dụ 2: Nếu tốc độ quay rôto tăng thêm vịng/s tần số dịng điện máy phát tăng từ 60 Hz đến 70 Hz suất điện động hiệu dụng máy phát thay đổi 40 V so với ban đầu Hỏi tiếp tục tăng tốc độ rơto thêm vịng/s suất điện động hiệu dụng máy phát bao nhiêu? A 400 V B 320 V C 240 V D 280 V Hướng dẫn giải Mẹo: Với Khi tốc độ quay rôto n vịng/s tần số máy phát điện: tốn liên tục thay đổi f '  p  n  1  70Hz suất điện động lúc E '  NBS.2f '  E  40 đại lượng, ta nghĩ đến việc viết biểu f ' n  70 Lập tỉ số:    n  vòng/s thức thực f n 60 chia vế để tìm đại E  40 f ' n     E  240V Và lượng E f n  Nếu tiếp tục tăng tốc độ quay thêm vòng/s có: E '' n     E ''  320 V E n Chọn B Ví dụ 3: Nối hai cực máy phát điện xoay chiều pha hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở R mắc nối tiếp với cuộn cảm Bỏ qua điện trở cuộn dây máy phát Khi rôto máy quay với vận tốc n vịng/phút cường độ dịng điện hiệu dụng đoạn mạch 1A Khi rôto máy quay với tốc độ 3n vịng/phút cường độ dòng điện hiệu dụng tọng đoạn mạch A Nếu rôto máy quay với tốc độ 2n vịng/phút cảm kháng đoạn mạch AB là: A 2R B R C R D 2R Hướng dẫn giải Ta có: U  E  NBS NBS2f 2NBSp Lp   n ZL  2f L  n 60 30 2 Nên U ZL tỉ lệ thuận với tốc độ quay n   Khi quay với tốc độ n: U12  I12 R  Z2L1  R  Z2L1 1  Khi quay với tốc độ 3n: U 22  I 22 R  Z2L2  Mẹo: Bài cho đáp án tính Z L theo ẩn R nên ta hướng đến lập phương trình chứa hai ẩn Z L R để tìm mối liên hệ cách chia vế ẩn Trang  Với U2  3U1 ZL2  3ZL1  9U12  R  9Z2L Chia vế 1 cho      2 R  ZL2 R   Z2L1  2  R  9ZL  Khi quay với tốc độ 2n: ZL3  2ZL1 nên ZL3  2R Chọn D Ví dụ 4: Một máy phát điện xoay chiều pha, rơto có hai cặp cực Nối hai cực máy phát với đoạn mạch AB gồm R, cuộn cảm tụ điện nối tiếp 104 F Khi rôto máy phát quay 0,18 với tốc độ 1200 vòng/phút 2268 vịng/phút cơng suất tiêu thụ đoạn mạch AB Độ tự cảm cuộn dây có giá trị gần với giá trị: Cho R  69,1 , điện dung C  A 0,5 H B 0,8 H C 0,2 H D 0,4 H Hướng dẫn giải Công suất tiêu thụ mạch: P E2R   R   L   C   với E  NBS  k (k hệ số tỉ lệ) Biến đổi toán học, ta thu được:  k 2R  1  2L 2  R  L  0 C2 4  C P    Mẹo: Dạng có hai giá trị đại lượng cho giá trị đại lượng khác, ta đưa phương trình bậc hai để sử dụng hệ thức Vi-ét 1 nên hai giá trị tần số góc 2 cho cơng suất tiêu thụ mạch phương trình 1 có hai nghiệm , 1 Ta thấy 1 phương trình bậc hai với ẩn thỏa mãn hệ thức Vi-ét:  22 1 b    2LC  R 2C 2 1 2 a Trong đó: 1  2f1  2 2  2f  2  2 pn1 2.1200  2  80rad / s , 60 60 pn 2.2268  2  151, 2rad / s 60 60 Thay vào   ta được: 80  151, 2  104  104  2L  69,12    L  0, 48H 0,18 0,18    Chọn A Trang Bài tập tự luyện Bài tập Câu (38790): Một máy phát điện xoay chiều có điện trở khơng đáng kể Mạch ngồi tụ điện nối tiếp với ampe kế có điện trở không đáng kể Khi rôto quay với tốc độ góc 25 rad/s ampe kế 0,1 A Khi tăng tốc độ quay rôto lên gấp đôi ampe kế chỉ: A 0,1 A B 0,05 A C 0,2 A D 0,4 A Câu (38795): Trong máy phát điện xoay chiều pha, cuộn dây quấn lõi thép silicon để A tạo từ trường B tạo suất điện động C tránh dịng điện phucơ D tăng cường từ thơng qua cuộn dây Câu (38798): Một máy phát điện xoay chiều pha (kiểu cảm ứng) có p cặp cực, quay với tốc độ n vòng/phút, với số cặp cực số cuộn dây phần ứng tần số dòng điện máy tạo f Hz Hệ thức sau đúng? A f  60np B n  60p f C f  60n p D n  60f p Câu (38800): Một máy phát điện xoay chiều pha có phần cảm rôto gồm 20 cặp cực Rôto quay với tốc độ 600 vòng/phút Suất điện động máy sinh có tần số bằng: A Hz B 200 Hz C 3000 Hz D 30 Hz Câu (38802): Một máy phát điện xoay chiều pha có phần cảm rơto quay với tốc độ 375 vịng/phút Tần số suất điện động cmả ứng mà máy phát tạo 50 Hz Số cặp cực rôto bằng: A 16 B C D 12 Câu (38804): Một máy phát điện xoay chiều pha có phần ứng gồm cuộn dây giống mắc nối tiếp Suất điện động xoay chiều máy phát sinh có tần số 50 Hz giá trị hiệu dụng 100 V Từ thông cực đại qua vòng dây phần ứng mWb Số vòng dây cuộn dây phần ứng  là: A 71 vòng B 100 vòng C 400 vòng D 200 vòng Câu (38809): Một máy phát điện xoay chiều pha có điện trở khơng đáng kể Nối cực máy với cuộn dây cảm Khi rơto quay với tốc độ n vịng/s cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm I Hỏi rơto quay với tốc độ 3n vịng/s cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm bao nhiêu? A I B 2I C 3I D I Bài tập nâng cao Câu (38816): Rôto máy phát điện xoay chiều pha có cực từ quay với tốc độ n vòng/phút Hai cực phần ứng máy mắc với tụ điện có điện dung C  10F Điện trở máy không đáng kể Đồ thị biểu diễn biến thiên cường độ dòng điện hiệu dụng I qua tụ theo tốc độ quay rôto tốc độ quay rôto biến thiên liên tục từ n1  150 vòng/phút đến Trang n  1500 vòng/phút Biết với tốc độ quay 1500 vịng/phút suất điện động hiệu dụng hai cực máy phát tương ứng E Giá trị E là: A 400 V B 100 V C 200 V D 300 V Câu (38821): Một máy phát điện xoay chiều pha phát dịng điện có tần số 60 Hz Nếu thay rơto rơto khác có nhiều cặp cực, muốn tần số 60 Hz số vịng quay rơto thay đổi 7200 vịng Tính số cặp cực rơ to cũ? A 10 B C 15 D Câu 10 (38835): Rôto máy phát điện xoay chiều pha có 100 vịng dây, điện trở khơng đáng kể, diện tích vịng 60 cm2 Stato tạo từ trường có cảm ứng từ 0,2 T Nối hai cực máy vào 0, hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R  10 , cuộn cảm có hệ số tự cảm L  H tụ điện  0,3 có điện dung C  mF Khi rôto máy quay với tốc độ n  1500 vịng/phút cường độ hiệu  dụng qua R là: A 0,3276 A B 0,7997 A C 0,2316 A D 1,5994 A B MÁY PHÁT ĐIỆN BA PHA VÀ DỊNG ĐIỆN BA PHA I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM  Máy phát điện xoay chiều tạo ba suất điện động xoay chiều: o Cùng tần số o Cùng biên độ o Lệch pha tùng đôi góc 2 Nếu chọn gốc thời gian thích hợp biểu thức suất điện động máy tạo ra:  e  E cos  t    2   e  E cos  t       2   e3  E cos  t       Cấu tạo gồm hai phần: o Phần ứng stato: gồm cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau, quấn ba lõi đặt lệch 120 vịng trịn o Phần cảm rơto: nam châm điện quay quanh trục với tốc độ góc  Khi rơto quay đều, suất điện động cảm ứng xuất ba cuộn dây có biên độ, tần số 2 lệch pha Trang SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA Máy phát điện xoay chiều ba pha Định nghĩa Cấu tạo stato rôto Là thiết bị tạo ba suất điện động xoay chiều có Phần cảm Phần ứng biên độ, tần số Là nam châm gồm cuộn dây riêng rẽ, điện quay hồn tồn giống nhau, quấn quanh trục với lõi sắt đặt lệch tốc độ góc  120 vòng tròn lệch pha 2  e  E cos  t    2   e  E cos  t       2   e3  E cos  t      II CÁC DẠNG BÀI TẬP Phương pháp giải Ví dụ: Vận dụng đặc điểm máy phát điện xoay chiều ba pha, biểu thức ba dòng điện xoay chiều ba pha, ba suất điện động xoay chiều ba pha kết hợp với biến đổi lượng giác giản đồ vectơ để giải Tại thời điểm t, suất điện động cuộn dây Chú ý công thức lượng giác thường gặp: Hướng dẫn giải cos  a  b   cos a.cos b  sin a.sin b Suất điện động ba cuộn dây lệch pha cos  a  b   cos a.cos b  sin a.sin b ab a b cos a  cos b  cos   cos       ab ab cos a  cos b  2sin   sin       cos a.cos b  cos  a  b   cos  a  b   2 suất điện động cuộn dây cịn lại có giá trị bao nhiêu? máy phát điện xoay chiều pha e1  E góc 120 nên ta biểu diễn vịng trịn hình vẽ Từ hình vẽ ta thấy e   e1  E  E0 e    Trang Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Trong máy phát điện xoay chiều pha: A Stato phần cảm, rôto phần ứng B Phần quay phần cảm C Stato phần ứng, rôto phần cảm D Phần đứng yên phần tạo từ trường Hướng dẫn giải Máy phát điện xoay chiều ba pha có stato gồm cuộn dây (phần ứng) mắc vòng tròn vị trí đối xứng, trục ba vịng lệch góc 120 Nam châm (phần cảm) quay quanh trục đóng vai trị rơto Chọn C Ví dụ 2: Một máy phát điện xoay chiều ba pha hoạt động bình thường Trong ba cuộn dây phần ứng có suất điện động có giá trị e1 , e2 e3 Ở thời điểm mà e1  30V tíc e e3  300  V  Giá trị cực đại e1 là: A 50 V B 40 V C 45 V D 35 V Hướng dẫn giải  2   e  E cos  t    V     Giả sử: e1  E cos  t  V  suy  e  E cos  t  2   V     3   2  2    Ta có tích: e e3  E 02 cos  t   cos  t        E02  4  E02  1 cos  t  cos    cos 2t      2  E 02   E 02  e12  2 cos  t   2        E 02  Kết hợp với điều kiện đề cho e e3  300  V  suy ra: 300  E 02  e12  E 02  30          E  40V  E 02   E 02  Chọn B Ví dụ 3: Một máy phát điện xoay chiều ba pha hoạt động ổn định Suất điện động ba cuộn dây phần ứng có giá trị e1 , e2 e3 Ở thời điểm mà e1  30 V e  e3  30 V Giá trị cực đại e1 là: A 40,2 V B 51,9 V C 34,6 V D 45,1 V Hướng dẫn giải Suất điện động ba cuộn dây máy phát điện xoay chiều ba pha: Trang e1  E cos  t  2   e  E cos  t     2   e3  E cos  t       2  2   Xét: e2  e3  E0 cos  t    cos  t     2E0 sin  t    3E sin  t       e1  30 Theo ra:   e  e3  30 Trường hợp 1: 1  tan  t     E cos  t  30   e1  30      E  20  34,  V   e  e3  30  3E sin  t   30 E  30  cos  t  Trường hợp 2:  tan  t     E cos  t  30   e1  30      E  20  34,  V   e  e3  30  3E sin  t   30 E  30  cos  t  Vậy giá trị cực đại e1 34,6 V Chọn C C ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Sự quay khơng đồng Khi đặt khung dây dẫn từ trường quay, quay theo từ trường với tốc độ góc nhỏ tốc độ góc nam châm (không đồng bộ) Động hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ tác dụng từ trường quay gọi động không đồng Cách tạo từ trường quay dòng điện ba pha Khi mắc cuộn dây giống với mang điện ba pha, bố trí lệch 120 vòng tròn ta thấy từ trường tổng hợp cuộn dây gây tâm vịng trịn có độ lớn không đổi quay mặt phẳng song song với ba trục cuộn dây với tốc độ góc  Cấu tạo nguyên tắc hoạt động động không đồng ba pha Động không đồng ba pha có hai phận chính: Phần cảm: ba cuộn dây giống hệt đặt ba vị trí nằm vịng trịn cho trục cuộn dây đồng quy tâm O vịng trịn đặt lệch vịng trịn - Trang 10 - Phần ứng: rơto lồng sóc Gồm lồng kim loại gắn với trục để truyền tác dụng quay động bên Nguyên tắc hoạt động: Mắc cuộn dây stato với nguồn điện ba pha, từ trường quay tạo thành có tốc độ góc tần số góc tần số góc dịng điện Từ trường quay tác dụng lên dòng điện cảm ứng khung dây rôto momen lực làm rôto quay với tốc độ nhỏ tốc độ quay từ trường Chuyển động quay rôto sử dụng để làm quay máy khác SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA Động không đồng ba pha Là động hooạt động Tốc độ quay dựa tượng cảm Phần cảm Phần ứng ứng điện từ tác dụng Ba cuộn dây giống Là rơto lồng sóc từ trường quay đặt lệch rôto  ' nhỏ tốc độ quay từ trường  vòng tròn '   II CÁC DẠNG BÀI TẬP Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Cho dịng điện có tần số góc  qua động khơng đồng ba pha Chỉ kết luận đúng: A Động quay với vận tốc góc lớn  B Động quay với vận tốc góc  C Động quay với vận tốc góc nhỏ  D Có thể xảy trường hợp A, B hay C cịn phụ thuộc vào tải động Hướng dẫn giải Động không đồng ba pha quay với vận tốc góc nhỏ tần số góc dịng điện Chọn C Ví dụ 2: Khi đơng không đồng ba pha hoạt động ổn định, từ trường quay động có tần số: A tần số dòng điện chạy cuộn dây stato Trang 11 B lớn tần số dòng điện chạy cuộn dây stato C lớn hay nhỏ tần số dòng điện chạy cuộn dây stato, tùy vào tải D nhỏ tần số dòng điện chạy cuộn dây stato Hướng dẫn giải Từ trường quay động không đồng ba pha có tần số tần số dịng điện chạy cuộn dây stato Chọn A Ví dụ 3: Chọn phát biểu đúng: A Chỉ có dịng điện ba pha tạo từ trường quay B Rôto động không đồng quay với tốc độ góc từ trường C Từ trường quay động không đồng thay đổi hướng trị số D Tốc độ góc động không đồng phụ thuộc vào tốc độ quay từ trường momen cản Hướng dẫn giải Ngoài dịng điện ba pha cịn có nhiều cách để tạo từ trường quay  A sai Rôto động không đồng ba pha quay với tốc độ góc nhỏ tốc độ góc từ trường quay  B sai Từ trường quay động không đồng ba pha có trị số khơng đổi ln 1,5B0  C sai Tốc độ góc động không đồng phụ thuộc vào tốc độ quay từ trường  D Chọn D ĐÁP ÁN A MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 1-D 2-D 3-D 4-B 5-B 6-B 7-A 8-B 9-D 10-C Trang 12 ... quanh trục (gọi rôto) Máy phát điện xoay chiều pha Máy phát điện xoay chiều pha tạo suất Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo điện động xoay chiều máy phát điện xoay chiều Máy phát điện xoay chiều pha hoạt động...A MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Nguyên lí tạo máy phát điện Máy phát điện Máy phát điện thiết bị dùng để biến đổi thành điện dựa tượng cảm ứng điện từ Các máy phát điện. .. dụng qua R là: A 0,3 276 A B 0 ,79 97 A C 0,2316 A D 1,5994 A B MÁY PHÁT ĐIỆN BA PHA VÀ DÒNG ĐIỆN BA PHA I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM  Máy phát điện xoay chiều tạo ba suất điện động xoay chiều: o Cùng tần