Nguyên tắc biến cơ năng thành điện năng

Xét dây thẳng có độ dài l chuyển động với tốc độ v cắt vuông góc đường sức từ của từ trường đều có cường độ từ cảm là B (hình 3.7)

Hình 3.7

S.đ.đ cảm ứng xuất hiện trong dây dẫn là: e = B.l.v Chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải.

Nếu nối dây dẫn với mạch ngoài có điện trở r, trong mạch sẽ có dòng điện chạy qua. Dòng điện chạy trên dây dẫn trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng của từ trường với trị số:

F = B.I.l

Với I là cường độ dòng điện trong dây dẫn. Chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ta thấy F ngược chiều với vận tốc chuyển động của dây dẫn. Để dây dẫn tiếp tục chuyển động đều thì ta phải tác động lên dây dẫn một lực bằng và ngược chiều với lực F nhờ một động cơ sơ cấp có công suất là:

Pcơ = F.v = B.l.I.v = B.l.v.I = E.I = Pđiện

Kết luận: Dây dẫn chuyển động trong từ trường có tác dụng biến công suất cơ của động cơ sơ cấp thành công suất điện cung cấp cho phụ tải. Đây chính là nguyên tắc của máy phát điện.

Giả sử dây dẫn có điện trở r0 (điện trở trong của máy phát), theo định luật Ôm trong toàn mạch ta có:

Hay: E = I ( r + r0 ) = U + U0 0 r r E I  

61 Ở đây U là điện áp mạch ngoài.

U0 là sụt áp ở máy phát. Nhân hai vế với I ta được: E.I = U.I + U0 . I Hay: Pđiện = P + P0

Trong đó: P = U.I là công suất điện cấp cho mạch ngoài

P0= U0 .I là tổn hao công suất trong máy phát điện.

3.2.2 Thực tế

Máy phát điện làm việc bằng chuyển động quay của dây dẫn. Cấu tạo của máy phát gồm hai phần chính (hình 3.8)

Hình 3.8

- Stato (phần tĩnh): Là nam châm điện được tạo ra từ cuộn dây kích từ, gọi là phần cảm.

- Rôto (phần động): Mang khung dây chuyển động quay, gọi là phần ứng. Hai đầu khung dây nối với hai vòng đồng có chổi than tỳ vào để lấy điện ra.

Phần cảm được chế tạo sao cho cảm ứng từ B phân bố dọc theo bề mặt cực từ có dạng hình sin (hình 3.9)

62

Cụ thể: tại vị trí lệch so với mặt phẳng trung tính một góc  ta có: B = Bm sin

Khi rôto quay đều với vận tốc  (rad/s) với điều kiện tại thời điểm t = 0 khung dây ở đúng vị trí mặt phẳng trung tính, thì tại thời điểm bất kỳ khung dây tạo với mặt phẳng trung tính một góc là:

 = t

Tốc độ chuyển động của cạnh khung dây là: Ở đây d là chiều rộng khung dây.

S.đ.đ cảm ứng trên một cạnh khung dây là:

S.đ.đ của cả khung dây là:

E = 2e’ = Bmld.sint = Em sint

Ở đây Em = Bmld là giá trị cực đại của s.đ.đ. Như vậy s.đ.đ lấy ra ở hai đầu chổi than biến thiên theo quy luật hình sin với thời gian gọi là s.đ.đ xoay chiều hình sin.

3.3 Nguyên tắc biến điện năng thành cơ năng 3.3.1 Nguyên tắc