Bài 17: Máy phát điện xoay chiều

Lý thuyết Máy phát điện xoay chiều

I) Máy phát điện xoay chiều một pha.

- Khái niệm: là máy tạo ra một suất điện động xoay chiều hình sin. - Cấu tạo: phần cảm: các nam châm Phần ứng: các cuộn dây nối với nhau. Phần nào quay sẽ được gọi là rôto, phần nào đứng yên sẽ gọi là stato. - Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Phần cảm với p nam châm (p cặp cực) tạo ra một từ thông xuyên qua phần ứng (khung dây). Khi một trong hai bộ phận quay với tốc độ n (vòng/s) thì từ thông qua phần ứng sẽ biên thiên với tần số f = pn, nên ở phần ứng sẽ có một suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số f. II) Máy phát điện xoay chiều ba pha. - Khái niệm: là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau 2π/3. - Cấu tạo: Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên 1 vành tròn tại 3 vị trí đối xứng. Một nam chân quay quanh trục O với tốc độ góc ω không đổi - Nguyên tắc hoạt động: tương tự máy phát điện xoay chiều một pha. Khi nam châm quay ừ thông của mỗi cuộn dây sẽ biên thiên với tần số góc ω, cùng biên độ, nhưng lệch pha nhau 2π/3( do ba cuộn dây được đặt tại 3 vị trí đối xứng ( 3 trục của 3 cuộn dây đồng quy tại O và lệch nhau 2π/3) - Ứng dụng: tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha: là hệ 3 dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 2π/3, nếu tải là đối xứng thì 3 dòng điện có cùng biên độ. Ưu điểm của dòng điện ba pha: truyền tải điện năng đi xa tiết kiệm dây, cung cấp điện cho các độ cơ điện ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp.

C1 trang 92 SGK: 

Nhắc lại nguyên tắc chung tạo ra dòng điện xoay chiều. Trả lời: Nguyên tắc: - Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. - Cho khung dây dẫn quay quanh trục cố định trong một từ trường đều B có phương vuông góc trục quay. - Từ thông qua khung biến thiên, trong khung xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều.

C2 trang 92 SGK: 

Chứng minh công thức 17.1 SGK. Một máy phát điện quay 600 vòng/ phút có 5 đôi cực, sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều với f bằng bao nhiêu? Trả lời: + Chứng minh f = n.p Giả sử phần cảm có p nam châm (p cực Bắc và p cực Nam), quay với tần số n vòng/s. Khi roto quay, đầu trên một cực Bắc quay qua một cuộn dây, rồi đến cực Nam, sau đó đến cực Bắc thứ hai. Từ thông qua một cuộn dây biến thiên tuần hoàn với chu kì bằng thời gian để một cực Bắc đi từ một cuộn dây đến cuộn dây kế tiếp theo. Trong một chu kì quay của roto, có p lần chu kì của dòng cảm ứng, ta có: + Áp dụng tính f: n = 600 vòng/phút = 10 vòng/s; p = 5 cặp cực → f = n.p = 10.5 = 50Hz

C3 trang 94 SGK: 

Chứng minh công thức (17.2) Trả lời: Chứng minh U_dây = √3U_pha Ta có: U_dây = U₁₃ = U₁₂ = U₂₃; U_pha = U₀₁ = U₀₂ = U₀₃ là các giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế pha. Dùng giản đồ vectơ: Hiệu điện thế dây từ A₂ đến A₁ là: u₁₂ = u₁₀ + u₀₂ = u₁₀ – u₂₀ → - Vì u₂₀, u₁₀ là 2 nguồn xoay chiều cùng biên độ và lệch pha nhau 2π/3 Theo quy tắc cộng vecto (hình bình hành) Ta có: U₁₂ = 2U₁₀.cos(π/6) = U₁₀.√3 Vậy U_d = √3U_p

Bài 1 (trang 94 SGK Vật Lý 12): 

Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào ? Lời giải: Nguyên tắc hoạt động của các máy điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Bài 2 (trang 94 SGK Vật Lý 12):

Phân biệt dòng điện một pha với dòng ba pha. Lời giải: Dòng 1 pha: là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật hàm số sin hay côsin. Dòng 3 pha: là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều một pha có cùng tần số nhưng lệch pha nhau 120^o từng đôi một. Như vậy dòng điện một pha là một thành phần trong hệ thống dòng xoay chiều 3 pha.

Bài 3 (trang 94 SGK Vật Lý 12): 

Trong máy phát điện xoay chiều một pha, từ trường quay có vecto quay 300 vòng / phút tạo bởi 20 cực nam châm điện (10 cực nam và 10 cực Bắc) quay với tốc độ bao nhiêu ? A. 10 vòng/s B. 20 vòng/s C. 5 vòng/ s D. 100 vòng/s Lời giải: Tốc độ quay của từ trường: n = 300 vòng/phút = 300/60 = 5 (vòng/s) (ở đây bài hỏi về tốc độ quay của từ trường nên không được nhầm lẫn với tần số dòng xoay chiều sinh ra là f = p.n, p là số cặp cực từ) Chọn đáp án C.

Bài 4 (trang 11 SGK Vật Lý 12):

Trong trường hợp ba suất điện động của máy phát ba pha mắc theo hình sao và ba tải cũng được mắc theo hình sao thì phải có bốn đường dây nối từ nguồn đến tải. Hãy xét trường hợp ba tải đối xứng và chứng minh rằng trong số bốn đường dây nối ấy có một đường dây tại đó cường độ bằng không (đường dây trung hòa). Lời giải: + Khi các suất điện động và tải đối xúng đều mắc hình sao thì dòng điện trong các tải có cùng biên độ, tần số, và các dòng đôi một lệch pha nhau góc 2π/3. + Biểu thức cường độ dòng điện trong các tải là: i₁ = I₀.cosωt; i₂ = I₀.cos(ωt - 2π/3); i₃ = I₀.cos(ωt + 2π/3) → cường độ dòng điện trong dây trung hòa là: i = i₁ + i₂ + i₃ = I₀.cosωt+ I₀.cos(ωt - 2π/3) + I₀.cos(ωt + 2π/3) Cộng ba hàm điều hòa trên bằng giãn đồ vectơ. Ta thấy nên I₀₂₃ = I₀ = I₀₁ và 

Trắc nghiệm  Bài 17

Bài 1: Một động cơ điện xoay chiều có điện trở dây quấn là 20 Ω. Mắc động cơ vao mạng điện xoay chiều ó điện áp hiệu dụng là 220 V. Giả sử hệ số công suất của động cơ là cosφ = 0,85 không thay đổi, hao phí trong động cơ chỉ dol tỏa nhiệt. Công suất cơ cực đại mà động cơ có thể sinh ra là: A. 437 W      B. 242 W C. 371 W      D. 650 W

Hiển thị đáp án

- Phương trình (*) có dạng phương trình bậc 2 đối với I.- Để phương trình có nghiệm thì:

Chọn đáp án A

Bài 2: Khi máy phát điện ba pha hoạt động, ở thời điểm suất điện động ở một cuộn dây đạt giá trị cực đại e1 = Eo thì suất điện động ở hai đầu cuộn dây còn lại là: Hiển thị đáp án

- Ta có: - Khi e₁ = E₀; ωt = 2kπ , thay vào biểu thức tính e₂ và e₃ ta có kết quả:

Chọn đáp án D

Bài 3: Một máy phát điện xoay chiều một pha có điện trở không đáng kể. Nối 2 cực của máy với cuộn dây thuần cảm. Khi roto quay với tốc độ n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm là I. Hỏi khi roto quay với tốc độ 3n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm bao nhiêu? A. I       B. 2I C. 3I      D. I/3

Hiển thị đáp án

- Khi mạch ngoài của máy phát nối với cuộn cảm thì dòng điện qua cuộn cảm không phụ thuộc vào tốc độ quay của roto → khi roto quay với tốc độ n và 3n thì dòng trong mạch luôn là I. Chọn đáp án A

Bài 4: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha: A. Stato là phần cảm, rôto là phần ứng. B. Phần nào quay là phần ứng. C. Stato là phần ứng, rôto là phần cảm. D. Phần nào đứng yên là phần tạo ra từ trường.

Hiển thị đáp án

- Máy phát điện xoay chiều có ba phần gồm ba cuộn dây (phần ứng) mắc trên một vành tròn tại ba vị trí đối xứng, trục của ba vòng dây lệch nhau một góc 120° - Nam châm (phần cảm) quay quanh một trục đóng vai trò là roto. Chọn đáp án C

Bài 5: Một máy phát điện xoay chiều có điện trở không đáng kể. Mạch ngoài là tụ điện nối tiếp với ampe kế có điện trở không đáng kể. Khi rôto quay với tốc độ góc 25 rad/s thì ampe kế chỉ 0,1A. Khi tăng tốc độ quay của rôto lên gấp đôi thì ampe kế chỉ: A. 0,1 A.      B. 0,05 A. C. 0,2 A.      D. 0,4 A.

Hiển thị đáp án

- Cường độ dòng điện mạch ngoài: - Khi tốc độ quay của roto tăng lên gấp đôi thì dòng điện hiệu dụng tăng lên 4 lần:

Chọn đáp án D

Bài 6: Một máy phát điện xoay chiều một pha (kiểu cảm ứng) có p cặp cực, quay đều với tốc độ n vòng/phút, với số cặp cực bằng số cuộn dây của phần ứng thì tần số của dòng điện do máy tạo ra là f Hz. Hệ thức nào sau đây đúng?

 

 

Hiển thị đáp án ⇒ Ta có hệ:

Chọn đáp án A

Bài 17: Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 2/π H, tụ điện có điện dung C = 10^-4/π F, điện trở R = 100 Ω. Bỏ qua điện trở thuần của các cuộn dây máy phát. Biết rô to máy phát có hai cặp cực. - Khi rô to quay đều với tốc độ n = 1500 vòng/ phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch là (A√2)/2. - Khi thay đổi tốc độ quay của rô to đến giá trị n₀ thì điện áp hiệu dụng trên tụ điện có giá trị cực đại là U_Cmax, giá trị của n₀ là U_Cmax lần lượt là: A. 750√2 vòng/phút; 100 V. B. 750√2 vòng/phút; 50√3 V. C. 6000 vòng/phút; 50 V. D. 1500 vòng/phút; 50√2 V.

Hiển thị đáp án

- Khi tốc độ quay của động cơ là 1500 vòng/phút thì tần số của dòng điện là: f = pn/60 = 50Hz - Khi đó, ta tính được: ZL = 200Ω, ZC = 100Ω và R = 100Ω - Và ta tính được tổng trở của mạch Z = 100√2 Ω - Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khi đó là: U = IZ = 100 V - Khi tốc độ quay của động cơ là n₀ thì điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại, tần số của dòng điện trong mạch khi đó là f₀. - Ta có: - Khi đó tốc độ quay của động cơ là: - Mặt khác, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khi này là: - Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện khi này:

Chọn đáp án A

Bài 18: Trong máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động ổn định, suất điện động cảm ứng cực đại trên mỗi pha là E₀ . Khi từ thông qua cuộn dây thứ nhất đạt cực đại thì suất điện động cảm ứng trên hai cuộn còn lại là e₂ và e₃ có giá trị là: Hiển thị đáp án

- Giả sử suất điện động trong cuộn dây thứ nhất là: e = E₀.cos (ωt) thì suất điện động trong hai cuộn dây kia là: - Khi từ thông qua cuộn dây thứ nhất đại cực đại thì tức là e = 0. (vì e sớm pha hơn từ thông một góc 90 độ) nên ta có:

Chọn đáp án B

Bài 19: Trong mạng điện 3 pha tải đối xứng, khi cường độ dòng điện qua một pha là cực đại I₀ thì dòng điện qua hai pha kia sẽ có cường độ: A. bằng I₀/3, ngược chiều với dòng trên. B. bằng I₀/2, cùng chiều với dòng trên. C. bằng I₀/3, cùng chiều với dòng trên. D. bằng I₀/2, ngược chiều với dòng trên.

Hiển thị đáp án

- Trong mạng điện 3 pha tải đối xứng, khi cường độ dòng điện qua một pha là cực đại I₀ thì dòng điện qua hai pha kia sẽ có cường độ bằng I₀/2, ngược chiều với dòng trên. Chọn đáp án D

Bài 20: Tại thời điểm t, suất điện động ở một cuộn dây của máy phát điện xoay chiều 3 pha làthì suất điện động ở 2 cuộn dây còn lại có giá trị là: Hiển thị đáp án

- Ta có giản đồ sau: - Từ giản đồ ta có:

Chọn đáp án B

Bài 21: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha: A. Stato là phần cảm, rôto là phần ứng. B. Phần nào quay là phần ứng. C. Stato là phần ứng, rôto là phần cảm. D. Phần nào đứng yên là phần tạo ra từ trường.

Hiển thị đáp án

- Máy phát điện xoay chiều có ba phần gồm ba cuộn dây (phần ứng) mắc trên một vành tròn tại ba vị trí đối xứng, trục của ba vòng dây lệch nhau một góc 120°. - Nam châm (phần cảm) quay quanh một trục đóng vai trò là roto. Chọn đáp án C

Bài 22: Đoạn mạch RLC nối tiếp được mắc vào hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha có rôto là nam châm điện một cặp cực. Thay đổi tốc độ quay của rôto. Khi rôto quay với tốc độ 30 vòng/s thì dung kháng của tụ điện bằng R, khi quay với tốc độ 40 vòng/s thì điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại và khi quay với tốc độ n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại. Giá trị n là: A. 120.      B. 50. C. 80.       D. 100.

Hiển thị đáp án

- Với n = n₁ , ta có Z_C1 = R = 1 (ta chuẩn hóa R=1 ) - Khi n = n₂ = 4.n₁/3 ⇒ Z_C2 = 3/4 , điện áp hiệu dụng trên tụ cực đại: - Khi n = n₃ (giả sử gấp a lần n₁ ), cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là cực đại: - Thay kết quả cuân hóa vào phương trình trên, ta được:

Chọn đáp án A

Bài 23: Một máy phát điện xoay chiều một pha sản xuất ra suất điện động có biểu thức e = 1000√ sin(100πt)V . Nếu rô to quay 600 vòng/phút thì số cặp cực là: A. p = 10.      B. p = 5. C. p = 4.      D. p = 8.

Hiển thị đáp án

- Từ phương trình suất điện động ta có: - Ta có:

Chọn đáp án B

Bài 24: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha, trên mỗi cuộn dây của stato có suất điện động cực đại là E₀. Khi suất điện động tức thời ở cuộn dây thứ nhất triệt tiêu thì suất điện động tức thời trong cuộn dây thứ hai và cuộn dây thứ 3 tương ứng là e₂ và e₃ thỏa mãn hệ thức nào sau đây: Hiển thị đáp án

- Biểu diễn vecto các suất điện động: → Khi E₁ bị triệt tiêu thì:  - Ta có tích số: 

Chọn đáp án D

Bài 25: Hai đầu ra của máy phát điện xoay chiều 1 pha được nối với một đoạn mạch nối tiếp gồm tụ điện và điện trở thuần. Bỏ qua điện trở thuần của các cuộn dây của máy phát. Khi rô to quay với tốc độ 600 vòng/phút thì cường độ dòng điện trong mạch là I₁ ≈ 3,16 A . Khi rô to quay với tốc độ 1200 vòng/phút thì cường độ dòng điện trong mạch là I₂ = 8 A. - Khi rô to quay với tốc độ 1800 vòng/phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng gần nhất với giá trị nào sau đây ? A. 12,5 A.      B. 10,5 A. C. 11,5 A.      D. 13,5 A.

Hiển thị đáp án

- Khi roto quay với tốc độ 600 vòng/phút, suất điện động của máy phát là E, ta chuẩn hóa: R1 = 1, Z_C1 = n. - Khi roto qua với tốc độ 1200 vòng/phút: - Khi roto quay với tốc độ 1800 vòng /phút thì:

Chọn đáp án A

Bài 26: Suất điện động cảm ứng do máy phát điện xoay chiều một pha tạo ra có biểu thức e = 220√2 cos(100πt + π4)V. Giá trị cực đại của suất điện động này là: Hiển thị đáp án

- Giá trị cực đại của suất điện động:  Chọn đáp án A

Mục lục Giải bài tập Vật Lí 12 hay nhất

Chương 1: Dao động cơ

• Bài 1: Dao động điều hòa
• Bài 2: Con lắc lò xo
• Bài 3: Con lắc đơn
• Bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức
• Bài 5: Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số. Phương pháp Fre-Nen
• Bài 6:Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn

Chương 2: Sóng cơ và sóng âm

• Bài 7: Sóng cơ và sự truyền sóng cơ
• Bài 8: Giao thoa sóng
• Bài 9: Sóng dừng
• Bài 10: Đặc trưng vật lí của âm
• Bài 11: Đặc trưng sinh lí của âm

Chương 3: Dòng điện xoay chiều

• Bài 12: Đại cương về dòng điện xoay chiều
• Bài 13: Các mạch điện xoay chiều
• Bài 14: Mạch có R, L, C mắc nối tiếp
• Bài 15: Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều. Hệ số công suất
• Bài 16: Truyền tải điện năng. Máy biến áp
• Bài 17: Máy phát điện xoay chiều
• Bài 18: Động cơ không đồng bộ ba pha
• Bài 19: Thực hành: Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp

Chương 4: Dao động và sóng điện từ

• Bài 20: Mạch dao động
• Bài 21: Điện từ trường
• Bài 22: Sóng điện từ
• Bài 23: Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

Chương 5: Sóng ánh sáng

• Bài 24: Tán sắc ánh sáng
• Bài 25: Giao thoa ánh sáng
• Bài 26: Các loại quang phổ
• Bài 27: Tia hồng ngoại và tia tử ngoại
• Bài 28: Tia X
• Bài 29: Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa

Chương 6: Lượng tử ánh sáng

• Bài 30: Hiện tượng quang điện. Thuyết lượng tử ánh sáng
• Bài 31: Hiện tượng quang điện trong
• Bài 32: Hiện tượng quang - phát quang
• Bài 33: Mẫu nguyên tử Bo
• Bài 34: Sơ lược về laze

Chương 7: Hạt nhân nguyên tử

• Bài 35: Tính chất và cấu tạo hạt nhân
• Bài 36: Năng lượng liên kết của hạt nhân. Phản ứng hạt nhân
• Bài 37: Phóng xạ
• Bài 38: Phản ứng phân hạch
• Bài 39: Phản ứng nhiệt hạch

Chương 8: Từ vi mô đến vĩ mô

• Bài 40: Các hạt sơ cấp
• Bài 41: Cấu tạo vũ trụ

Các bài viết liên quan

Các bài viết được xem nhiều nhất