CHƯƠNG III: ĐIỆN XOAY CHIỀU- SĨNG ĐIỆN TỪ
NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN- MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA
1. Nguyên tắc tạo ra dịng điện xoay chiều:
* Nguyên tắc tạo ra dịng điện xoay chiều tuân theo quy luật cảm ứng điện từ.
* Hoạt động: Khung dây cĩ diện tích S(m2) bao gồm N vịng dây, chuyển động quay tương đối với từ trường
đều cĩ cảm ứng từ B, vận tốc gĩc quay tương đối là ω(rad/s), trục quay của khung dây vuơng gĩc với B(T).
Kết quả làm cho từ thơng Φ(t)(Wb) qua cuộn dây biến thiên tuần hồn và trong cuộn dây xuất hiện suất điện
động cảm ứng.
* Gọi n là véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây S. Thời điểm ban đầu n hợp với B một gĩc ϕ, sau thời gian t n hợp với B một gĩc (ωt + ϕ). Khi đĩ từ thơng qua khung dây cĩ biểu thức Φ(t) = Φ0cos(ωt + ϕ) với Φ0 = NBS.
* Theo quy luật cảm ứng điện từ ta cĩ suất điện động e = -Φ’(t) = ω.Φ0sin(ωt + ϕ) = ω.NBScos(ωt + ϕ - π/2). Vậy với từ thơng qua khung Φ(t) = Φ0cos(ωt + ϕ) thì suất điện động cảm ứng trong khung là e = E0cos(ωt +
ϕ - π/2). Trong đĩ suất điện động cực đại E0 = ω.NBS và suất điện động hiệu dụng
2 . . . 2 0 N BSω E E= =
* Suất điện động cảm ứng trong khung dây cĩ độ lớn
t e
∆ ∆Φ =
(∆Φ(Wb) là độ biến thiên từ thơng qua khung dây trong thời gian ∆t(s))
2. Máy phát điện xoay chiều một pha:
* Biểu thức: e = -Φ’(t) = E0cos(ωt + ϕe); (E0 = ωNBS)
* ƒ = n.p, trong đĩ: n: tần số quay của rơto (vịng/giây); ω: là tần số gĩc của roto
p: số cặp cực của roto; N: là số vịng dây của phần ứng
Trong máy phát điện xoay chiều một pha người ta luơn cố gắng giảm tốc độ quay của roto để giảm sự cố cơ học (mịn, nứt, gãy, cháy...) đối với trục quay bằng cách tăng số cặp cực phần cảm
Bài tốn:
* Một máy phát điện xoay chiều một pha cĩ điện trở khơng đáng kể, và cĩ tốc độ quay của roto là n (vịng/s) thay đổi được. Máy phát được mắc với mạch ngồi. Khi đĩ dịng điện qua mạch sẽ:
- Tỉ lệ thuận với n (vịng/s) nếu mạch chỉ cĩ R - Tỉ lệ thuận với n2 (vịng/s) nếu mạch chỉ cĩ C - Khơng đổi nếu mạch chỉ cĩ L
* Một máy phát điện xoay chiều một pha cĩ điện trở khơng đáng kể, được mắc với mạch ngồi là một đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở thuần R, tụ điện C và cuộn thuần cảm L. Khi tốc độ quay của roto là n1 và n2
thì cơng suất tiêu thụ của mạch (hoặc cường độ dịng điện hay UR, cosϕ) cĩ cùng giá trị. Khi tốc độ quay là n0
thì cơng suất tiêu thụ của mạch (hoặc cường độ dịng điện hay UR, cosϕ) đạt cực đại. Mối liên hệ giữa n1, n2,
n0 là: 2 2 2 1 2 2 2 1 2 0 . 2 n n n n n + =
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
Câu 261. Nguyên tắc tạo ra dịng điện xoay chiều.
A. Tự cảm. B. Cảm ứng điện từ. C. Từ trường quay. D. Cả ba yếu tố trên
Câu 262. Cách tạo ra dịng điện xoay chiều nào sau đây là phù hợp với nguyên tắc của máy phát điện xoay chiều?
A. Làm cho từ thơng qua khung dây biến thiên điều hồ.
B. Cho khung dây chuyển động tịnh tiến trong một từ trường đều.
C. Cho khung dây quay đều trong một từ trường đều quanh một trục cố định nằm song song với các đường
cảm ứng từ.
D. Đặt khung dây trong một từ trường đều cĩ cường độ mạch.
Câu 263. Nhận xét nào sau đây là sai khi nĩi về máy phát điện xoay chiều một pha?
A. Khi tăng tốc độ roto thì tần số dịng điện phát ra cũng tăng
B. Khi tăng số cặp cực của roto thì tần số dịng điện phát ra cũng tăng
C. Khi tăng số vịng dây quấn thì suất điện động cũng tăng
D. Khi tăng số cặp cuộn dây thì tần số dịng điện sinh ra cũng tăng
Câu 264. Khung dây hình chữ nhật dài 30cm, rộng 20cm đặt trong từ trường đều cĩ cảm ứng từ B = 10-2 (T) sao cho phép tuyến khung hợp với véctơ Bmột gĩc 600. Từ thơng qua khung là:
A. 3.10-4 (T) B. 2.10-4 Wb C. 3.10-4 Wb D. 3.10-4 Wb
từ giảm đều về 0 trong thời gian 10-3 s thì suất điện động cảm ứng trong khung là:
A. 6 V B. 0,6 V C. 0,06 V D. 3 V
Câu 266. Cuộn thứ cấp của máy biến thế cĩ 1000vịng. Từ thơng xoay chiều trong lõi biến thế cĩ tần số 50Hz và giá trị cực đại 0,5mWb. Suất điện động hiệu dụng của cuộn thứ cấp là:
A. 111V. B. 157V. C. 500V. D. 353,6V.
Câu 267. Phần ứng của một máy phát điện xoay chiều cĩ 200 vịng dây giống nhau. Từ thơng qua một vịng dây cĩ giá trị cực đại là 2mWb và biến thiên diều hồ với tần số 50Hz. Suất điện động của máy cĩ giá trị hiệu dụng là:
A. E = 88,858 V. B. E = 125,66 V. C. E = 12566 V D. E = 88858 V.
Câu 268. Một máy phát điện xoay chiều một pha cĩ 2 cặp cực, stato gồm hai cặp cuộn dây nối tiếp mà số vịng dây ở mỗi cuộn là 50 vịng phát ra suất điện động xoay chiều tần số 50Hz. Biết từ thơng cực đại qua một vịng dây bằng 5mWb thì suất điện động hiệu dụng do máy phát tạo ra bằng:
A. 222 V. B. 220 V. C. 110 V. D. 210V.
Câu 269. Một khung dây quay đều với vận tốc 3000vịng/phút trong từ trường đều cĩ từ thơng cực đại gửi qua khung là 1/π Wb. Chọn gốc thời gian lúc mặt phẳng khung dây hợp với B một gĩc 300 thì suất điện động hai đầu khung là:
A. e = 100cos(100πt - π/6) V. B. e = 100cos(100πt + π/3) V.
C. e = 100cos(100πt + 600) V. D. e = 100cos(50πt - π/3) V.
Câu 270. Một khung dây hình chữ nhật, kích thước 20 cm x 50 cm, gồm 100 vịng dây, được đặt trong một từ trường đều cĩ cảm ứng từ 0,1T. Trục đối xứng của khung dây vuơng gĩc với từ trường. Khung dây quay quanh trục đối xứng đĩ với vận tốc 3000vịng/phút. Chọn thời điểm t = 0 là lúc mặt phẳng khung dây vuơng gĩc với các đường cảm ứng từ. Biểu thức nào sau đây là đng của suất điện động cảm ứng trong khung dây?
A. e = 314cos100πt (V) B. e = 314cos50πt (V)
C. e = 314cos(50πt) (V) D. e = 314cos(100πt - π/2).
Câu 271. Một khung dây dẫn hình chữ nhật cĩ 100 vịng, diện tích mỗi vịng 600 cm2, quay đều quanh trục đối xứng của khung với vận tốc gĩc 120 vịng/phút trong một từ trường đều cĩ cảm ứng từ bằng 0,2T. Trục quay vuơng gĩc với các đường cảm ứng từ. Chọn gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây ngược hướng với vectơ cảm ứng từ. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung là:
A. e= 48πcos(40πt -π/2) (V). B. e =48πcos(4πt + π/2) (V).
C. e = 4,8πcos(4πt + π/2) (V). D. e=4,8πcos(40πt - π/2) (V).
Câu 272. Khung dây kim loại phẳng cĩ diện tích S, cĩ N vịng dây, quay đều với tốc độ gĩc ω quanh trục vuơng gĩc với đường sức của một từ trương đều B. Chọn gốc thời gian t = 0s là lúc pháp tuyến n của khung dây cĩ chiều trùng với chiều của véc tơ cảm ứng từ B. Biểu thức xác định suất điện động cảm ứng e xuất hiện trong khung dây là:
A. e = ωNBScosωt B. e = ωNBSsinωt C. e = NBScosωt D. e = NBSsinωt
Câu 273. Một khung dây hình chữ nhật, kích thước 40 cm x 50 cm, gồm 200 vịng dây, được đặt trong một từ trường đều cĩ cảm ứng từ 0,2T. Trục đối xứng của khung dây vuơng gĩc với từ trường. Khung dây quay quanh trục đối xứng đĩ với vận tốc 120 vịng/phút. Chọn gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây ngược hướng với vectơ cảm ứng từ. Suất điện động tại thời điểm t = 5s kể từ thời điểm ban đầu cĩ thể nhận giá trị nào trong các giá trị sau?
A. e = 0 B. e = 100,5V C. e = -100,5V D. 50,5V
Câu 274. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nĩi về máy phát điện xoay chiều một pha?
A. Máy phát điện xoay chiều một pha biến điện năng thành cơ năng và ngược lại
B. Máy phát điện xoay chiều một pha kiểu cảm ứng hoạt động nhờ việc sử dụng từ trường quay.
C. Máy phát điện xoay chiều một pha kiểu cảm ứng hoạt động nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ.
D. Máy phát điện xoay chiều một pha cĩ thể tạo ra dịng điện khơng đổi.
Câu 275. Điều nào sau đây khơng phải là ưu điểm của dịng điện xoay chiều so với dịng điện một chiều?
A. Chuyển tải đi xa để dàng và điện năng hao phí ít.
B. Cĩ thể thay đổi giá trị hiệu dụng dễ dàng nhờ máy biến thế.
C. Cĩ thể tích điện trực tiếp cho pin và ác quy… để sử dụng lâu dài.
D. Cĩ thể tạo ra từ trường quay dùng cho động cơ điện khơng đồng bộ.
Câu 276. Trong máy phát điện xoay chiều một pha cĩ p cặp cực và tốc độ quay của của rơto là n vịng/phút thì tần số dịng điện do máy phát ra là:
A. ƒ = n.p B. ƒ = .p C. ƒ = .p D. ƒ = n
Câu 277. Trong máy phát điện xoay chiều một pha cĩ p cặp cực và tốc độ quay của của rơto là n vịng/phút. Nếu ta tăng tốc độ quay của roto lên 4n vịng/phút thì:
A. Tần số dịng điện tăng 4n lần. B. Suất điện động cảm ứng tăng 4n lần.
C. Từ thơng cực đại qua khung tăng 4 lần. D. Suất điện động cảm ứng tăng 4 lần.
Câu 278. Một máy phát điện xoay chiều một pha mà khung dây cĩ N vịng dây phát ra điện áp xoay chiều cĩ tần số ƒ và suất điện động cực đại E0. Để giảm tốc độ quay của rơto 4 lần mà khơng làm thay đổi tần số thì:
A. Tăng số cặp cực 4 lần. B. Tăng số cặp cực 2 lần.
C. Tăng số vịng dây 4 lần. D. Giảm số vịng dây 4 lần.
Câu 279. Để một máy phát điện xoay chiều roto cĩ 8 cặp cực phát ra dịng điện tần số là 50Hz thì roto quay với tốc độ:
A. 480 vịng/phút. B. 400 vịng/phút. C. 96 vịng/phút. D. 375 vịng/phút.
Câu 280. Một máy phát điện xoay chiều cĩ 2 cặp cực, roto của nĩ quay với tốc độ 1800 vịng/phút. Một máy phát điện khác cĩ 8 cặp cực, muốn phát ra dịng điện cĩ tần số bằng tần số của máy phát kia thì tốc độ của roto là:
A. 450 vịng/phút. B. 7200 vịng/phút. C. 112,5 vịng/phút. D. 900 vịng/phút.
Câu 281. Một máy phát điện mà phần cảm gồm 2 cặp cực và phần ứng gồm hai cặp cuộn dây mắc nối tiếp tạo ra dịng điện cĩ tần số 50Hz. Tốc độ quay của roto là:
A. 375vịng/phút. B. 1500vịng/phút. C. 750 vịng/phút. D. 3000 vịng/phút.
Câu 282. Một máy phát điện xoay chiều cĩ một cặp cực phát ra dịng điện xoay chiều tần số 60Hz. Nếu máy cĩ 3 cặp cực cùng phát ra dịng điện xoay chiều 60Hz thì trong một phút rơto phải quay được bao nhiêu vịng?
A. 600 vịng/phút B. 1200 vịng/phút C. 1800 vịng/phút D. 60 vịng/phút
Câu 283. Một khung dây được đặt trong một từ trường đều. Trục đối xứng của khung dây vuơng gĩc với từ trường. Khung dây quay quanh trục đối xứng đĩ với vận tốc 2400 vịng/phút. Tần số của suất điện động cĩ thể nhận giá trị nào trong các giá trị sau:
A. ƒ = 2400 Hz B. ƒ = 40 Hz C. ƒ = 400Hz D. ƒ = 80Hz
Câu 284. Khi một khung dây kín cĩ N vịng, diện tích S, quay đều với tốc độ 50 vịng mỗi giây trong một từ trường đều B vuơng gĩc với trục quay của khung thì tần số dịng điện xuất hiện trong khung là:
A. ƒ = 25 Hz B. ƒ = 50 Hz C. 100 Hz D. ƒ = 12,5 Hz
Câu 285. Trong một máy phát điện xoay chiều một pha, bộ nam châm của phần cảm cĩ 5 cặp cực, phần ứng cĩ 6 cuộn dây tương ứng mắc nối tiếp. Để khi hoạt động máy cĩ thể phát ra dịng điện xoay chiều cĩ tần số 60Hz thì rơto của máy phải quay với tốc độ:
A. 5 vịng/s B. 720 vịng/phút C. 6 vịng/s D. 8 vịng/s
Câu 286. Một máy phát điện xoay chiều 1 pha cĩ 4 cặp cực, rơto quay với tốc độ 900vịng/phút. Máy phát điện thứ hai cĩ 6 cặp cực. Hỏi máy phát điện thứ hai phải cĩ tốc độ quay của rơto là bao nhiêu thì hai dịng điện do các máy phát ra hịa được vào cùng một mạng điện?
A. 750vịng/phút B. 1200vịng/phút C. 600vịng/phút D. 300vịng/phút
Câu 287. Một máy phát điện mà phần cảm gồm 2 cặp cực và phần ứng gồm hai cặp cuộn dây mắc nối tiếp cĩ
suất điện động hiệu dụng 200V, tần số 50Hz. Biết từ thơng cực đại qua mỗi vịng dây là 5mWb. Lấy π = 3,14,
số vịng dây của mỗi cuộn dây trong phần ứng là:
A. 127 vịng. B. 45 vịng. C. 180 vịng. D. 32 vịng.
Câu 288. Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu đoạn mạch A, B mắc nối tiếp gồm
điện trở 69,1Ω, cuộn cảm cĩ độ tự cảm L và tụ điện cĩ điện dung 176,8µF. Bỏ qua điện trở thuần của các
cuộn dây của máy phát. Biết roto máy phát cĩ hai cặp cực. Khi roto quay đều với tốc độ n1 = 1350 vịng/phút
hoặc n2 = 1800 vịng/phút thì cơng suất tiêu thụ của đoạn mạch AB là như nhau. Độ tự cảm L cĩ giá trị gần
giá trị nào nhất sau đây:
A. 0,7 H B. 0,8 H C. 0,6 H D. 0,2 H
Câu 289. Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần. Bỏ qua điện trở các cuộn dây của máy phát. Khi rơto của máy quay đều
với tốc độ n vịng/phút thì cường độ dịng điện hiệu dụng trong đoạn mạch là 1A. Khi rơto của máy quay đều
với tốc độ 3n vịng/phút thì cường độ dịng điện hiệu dụng trong đoạn mạch là A. Nếu rơto của máy quay đều
với tốc độ 2n vịng/phút thì dịng điện qua đoạn mạch là:
A. A B. A C. A D. A
Câu 290. Một máy phát điện xoay chiều một pha cĩ điện trở trong khơng đáng kể. Nối hai cực máy phát với một cuộn dây thuần cảm. Khi rơto của máy quay với tốc độ gĩc n vịng/s thì dịng điện đi qua cuộn dây cĩ cường độ hiệu dụng I. Nếu rơto quay với tốc độ gĩc 3n vịng/s thì cường độ hiệu dụng của dịng điện trong mạch là:
A. I. B. 2I. C. 3I. D. I
Câu 291. Một đoạn mạch gồm điện trở thuần R = 100Ω mắc nối tiếp với tụ điện C. Nối 2 đầu đoạn mạch với 2 cực của một máy phát điện xoay chiều một pha, bỏ qua điện trở các cuộn dây trong máy phát. Khi rơto của máy quay đều với tốc độ n(vịng/phút) thì cường độ dịng điện hiệu dụng trong đoạn mạch là I. Khi rơto của