VẤN đề 11 ĐỘNG cơ điện XOAY CHIỀU

Theo định luật Lenz, dòng điện này chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó, nghĩa là chống lại sự chuyển động tương đối của nam châm và khung dây, do đó lực điện từ tác dụng lên

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Nguyên tắc hoạt động

Biến điện năng thành cơ năng trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay

a Thí nghiệm

♦ Quay đều một nam châm chữ U với vận tốc góc ω

quanh trục xx' thì từ trường B

ur

giữa hai nhánh của nó cũng quay đều với

vận tốc góc ω.

♦ Khi đó một khung dây đặt giữa hai nhánh có trục quay là

'

xx

quay nhanh dần cùng chiều quay của nam châm và khi đạt tới

vận tốc

0

ω ω<

thì giữ nguyên vận tốc đó Ta nói khung dây quay không đồng bộ với từ trường quay

b Giải thích

♦ Khi nam châm bắt đầu quay (từ trường quay) thì từ thông qua khung dây biến thiên làm xuất hiện dòng

điện cảm ứng Theo định luật Lenz, dòng điện này chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó, nghĩa là chống

lại sự chuyển động tương đối của nam châm và khung dây, do đó lực điện từ tác dụng lên khung dây làm khung day quay cùng chiều với nam châm Nếu khung dây đạt tới vận tốc ω

thì từ thông qua nó không biến thiên nữa, dòng điện cảm ứng mất đi, lực từ cũng mất đi, khung dây quay chậm lại nên thực tế khung dây chỉ đạt tới một vận tốc góc ổn định

0

ω ω<

Ta nói khung dây quay không đồng bộ với nam châm

♦ Động cơ hoạt động theo nguyên tắc trên gọi là động cơ không đồng bộ

2 Từ trường quay của dòng điện ba pha

♦ Cho dòng điện xoay chiều ba pha đi vào trong 3 cuồn dây dẫn giống hết nhau đặt lệch nhau

2 3

π trên một vòng tròn

♦ Biểu thức véc tơ cảm ứng từ qua ba cuộn dây:

( )

cos

2 cos

3 2 cos

3

ω π ω π ω



 =







VẤN ĐỀ 11: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU

♦ CHÚ Ý: Cảm ứng từ tổng hợp tại tâm động cơ tại mọi thời điểm có độ lớn không đổi

0

3 2

TH

nhưng có phương quay đều với tốc độ góc bằng tốc độ góc của dòng điện xoay chiều

3 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha

♦ Stato gồm 3 cuộn dây giống nhau quấn trên lõi sắt lệch nhau

2 3

π trên một vòng tròn để tạo ra từ trường quay

♦ Roto là hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép

♦ Khi mắc động cơ vào mạng điện 3 pha thì từ trường quay do Stato gây ra làm cho Roto quay quanh trục Chuyển động quay của roto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các cộng cụ

4 Ưu điểm của động cơ không đồ bộ 3 pha

♦ Cấu tạo đơn giản dễ chế tạo

♦ Sử dụng tiện lợi, không cần vành khuyên, chổi quét

♦ Có thể thay đôi chiều quay dễ dàng

5 So sánh Roto và Stato của máy phát điện xoay chiều 3 pha và động cơ không đồng bộ 3 pha

♦ Stato của máy phát và của động cơ giống nhau: gồm 3 cuộn dây dẫn giống nhau quấn trên lõi sắt lệch nhau

2

3

π

trên vòng tròn

♦ Roto khác nhau: Roto của máy phát làm bằng nam châm điện, còn của động cơ là hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép

♦ Đề biến động cơ 3 pha thành máy phát 3 pha ta phải thay khung dây hình lồng sóc bằng một nam châm điện

II CÔNG THỨC GIẢI TOÁN

1 Công suất: Công suất toàn phần = Công có ích + công hao phí

→ P toµn phÇn =P cã Ých+P hao phÝ

2 Động cơ không đồng bộ 1 pha

♦

cos

toµn phÇn

với U là điện áp đặt vào động cơ.

♦

2

hao phÝ

là hao phí do tỏa nhiệt (nếu bỏ qua các hao phí khác)

♦

toµn phÇn cã Ých hao phÝ cã Ých

P =P +P ¬ → UI ϕ =P +I R

3 Động cơ không đồng bộ 3 pha: (tải đối xứng)

♦

3 cos

toµn phÇn

với U là điện áp đặt vào động cơ.

♦

2

3

hao phÝ

là hao phí do tỏa nhiệt (nếu bỏ qua các hao phí khác)

♦

toµn phÇn cã Ých hao phÝ cã Ých

P =P +P ¬ → UI ϕ=P + I R

4 Hiệu suất của động cơ:

( )% cã Ých 100

toµn phÇn

P H

P

=

5 Nhận xét quan trọng

Mạch điện trong động cơ có tính chất khác với mạch RLC nối tiếp Hệ số công suất

cosϕ

là độ lệch pha giữa

dòng điện và hiệu điên thế phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố (tính chất mạch RLC và chế độ tải) lên không được tính

Z

ϕ=

như trong mạch RLC nối tiếp Giá trị

cosϕ thường cho trước

III CÂU HỎI TẮC NGHIỆM

Câu 1: Trong động cơ không đồng bộ ba pha, nếu gọi

1

T

là chu kỳ của dòng điện ba pha,

2

T

là chu kỳ quay của từ trường và

3

T

là chu quay của roto Biểu thức nào sau đây là đúng?

A

1 > >2 3

B

C

1= >2 3

D

1 = <2 3

Câu 2: Cảm ứng từ do 3 cuộn dây gây ra tại tâm O có biểu thức:

( )

2

3

π ω

2

3

π ω

Cảm ứng từ cực đại tại tâm O là:

A 0

B

B

0

2 3

B

C

0

3 2

B

D 0

3 B

Câu 3: Người ta gọi động cơ không đồng bộ ba pha vì:

A Pha của ba dòng điện trong ba cuộn dây là khác nhau

B Ba cuộn dây trong động cơ không giống nhau

C Tốc độ quay của Rôto không bằng tốc độ quay của từ trường quay

D Dòng điện trong ba cuộn dây không cực đại cùng một lúc

Câu 4: Trong ngành điện công nghiệp, người ta có thể tạo ra từ trường quay bằng cách:

A Cho dòng điện xoay chiều chạy qua nam châm

B Cho dòng điện một chiều chạy qua nam châm điện

C Cho dỏng điện xoay chiều một pha chạy qua ba cuộn dây của stato của động cơ không đồng bộ ba pha

D Cho dỏng điện xoay chiều ba pha chạy qua ba cuộn dây của stato của động cơ không đồng bộ ba pha

Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về động cơ điện xoay chiều?

A Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử

B Động cơ không đồng bộ ba pha tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha.

C Tốc độ quay của rôto trong động cơ không đồng bộ có thể nhỏ hơn hay lớn hơn tốc độ quay của từ trường, tùy thuộc vào tải động cơ nhỏ hay lớn

D Từ trường quay được tạo ra nhờ phần ứng của động cơ

Câu 6: Khi máy phát điện xoay chiều 3 pha và động cơ không đồng bộ 3 pha hoạt động thì hiện tượng cảm ứng điện

từ xảy ra ở (các) bộ phận nào ?

A Ở các cuộn dây của stato máy phát điện 3 pha và ở rôto của động cơ không đồng

bộ 3 pha

B Ở các cuộn dây của stato máy phát điện 3 pha và ở các cuộn dây của stato động cơ không đồng bộ 3 pha

C Ở các cuộn dây của stato động cơ không đồng bộ 3 pha

D Ở các cuộn dây của stato máy phát điện 3 pha

Câu 7: Stato của một động cơ không đồng bộ ba pha gồm 6 cuộn dây, cho dòng điện xoay chiều ba pha tần số

( )

50 Hz

vào động cơ Rôto của động cơ quay với vận tốc bằng bao nhiêu?

A 1800

(vßng phót/ )

B 1450

(vßng phót/ )

C 1500

(vßng phót/ )

D 3000

(vßng phót/ )

Câu 8: Một động cơ không đồng bộ 3 pha đấu theo hình tam giác vào một mạng điện ba pha có hiệu điện thế dây

( )

220 V

Biết dòng điện dây là

( )

10 A

và hệ số công suất

cosϕ=0,8

Động cơ tiêu thụ công suất là:

A

( )

1760 W

B

( )

1,76 3 kW

C

( )

5, 28 kW

D

( )

2,64 kW

Câu 9: Một động cơ điện xoay chiều tiêu thụ công suất

( )

1,5 kW

và có hiệu suất 80% Tính công cơ học do động cơ sinh ra trong 30 phút:

A

( )

2,16 MJ

B

( )

2,16 kJ

C

( )

1, 08 kJ

D

( )

1,08 MJ

Câu 10: Một động cơ không đồng bộ ba pha mắc theo hình sao vào mạch điện ba pha có điện áp pha là

( )

220 V

Công suất điện của động cơ là

( )

5, 7 kW ;

hệ số công suất của động cơ là 0,85 Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi cuộn dây của động cơ

A

( )

3, 4 A

B

( )

9, 2 A

C

( )

10, 2 A

D

( )

12,6 A

Câu 11: Một động cơ điện sản ra một công suất

( )

16 kW

cho bên ngoài sử dụng Hiệu suất của động cơ là 80% Trong một giờ điện năng tiêu thụ của động cơ là:

A

( )

72 kJ

B

( )

72 MJ

C

( )

80 kJ

D

( )

80 MJ

Câu 12: Động cơ điện tiêu thụ công suất

( )

10 kW

và cung cấp cho bên ngoài năng lượng

( )

9 kJ

trong

( )

1 s Dòng điện qua động cơ là

( )

10 A

Điện trở thuần của cuộn dây trong động cơ là:

A

( )

100 Ω

B

( )

10 Ω

C

( )

90 Ω

D

( )

9 Ω

Câu 13: Một động cơ không đồng bộ ba pha được đấu theo hình tam giác vào một mạng điện ba pha có điện áp dây

( )

220 V

Biết cường độ dòng điện dây là

( )

6 A

và hệ số công suất là 0,5 Công suất tiêu thụ của động cơ là:

A

( )

220 W

B

( )

220 3 W

C

( )

660 W

D

( )

660 3 W

Câu 14: Khi mắc một động cơ điện xoay chiều có hệ số công suất

cosϕ=0,9

vào mạch điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng

( )

200

thì sinh ra một công suất cơ học

( )

324

Hiệu suất của động cơ là 90% Điện trở thuần của động cơ là:

A

( )

10 Ω

B

( )

6 Ω

C

( )

100 Ω

D

( )

9 Ω

Câu 15: Một động cơ điện xoay chiều có hệ số công suất

cosϕ=0,9

Điện trở dây quấn là

( )

18

= Ω

R

Khi mắc động cơ vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng

( )

220 V

thì sinh ra một công suất cơ

( )

180 W

Cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ là:

A

( )

0,82 A

B

( )

0,9 A

C

( )

1 A

D

( )

3,16 A

Câu 16: Một động cơ điện xoay chiều khi hoạt động bình thường với điện áp hiệu dụng

( )

220 V

thì sinh ra công suất cơ học là

( )

170 W

Biết động cơ có hệ số công suất 0,85 và công suất tỏa nhiệt trên dây quấn động cơ là

( )

17 W

Bỏ qua các hao phí khác, cường độ dòng điện cực đại qua động cơ là:

A

( )

2 A

B

( )

3 A

C

( )

1 A

D

( )

2 A

Câu 17: Một động cơ điện mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng

( )

220 V ,

tiêu thụ một công suất điện

( )

2,5 kW

Điện trở thuần và hệ số công suất của động cơ là

( )

2

và

cosϕ =0,95

Hiệu suất của động

cơ là:

A 90,68% B 78,56% C 88,6% D 89,67%

Câu 18: Một động cơ điện xoay chiều hoạt động bình thường với điện áp hiệu dụng

( )

200 V

thì sinh ra công suất cơ

là

( )

320 W

Biết điện trở thuần của dây quấn động cơ là

( )

20 Ω

và hệ số công suất của động cơ là 0,89 Cường dộ dòng điện hiệu dụng chạy trong động cơ là:

A

( )

6, 4 A

B

( )

1,8 A

C

( )

2,5 A

D

( )

4 A

Câu 19: Một động cơ điện mắc vào mạng điện xoay chiều có điện trở thuần

( )

7,5

= Ω

r

Hiệu suất động cơ là 0,85; sản ra công cơ học là

0, 425 kWh

trong 30 phút Cường độ dòng điện qua động cơ là:

A

( )

2 A

B

( )

2 5 A

C

( )

2 3 A

D

( )

2,5 A

Câu 20: Một động cơ điện có ghi

220 V −176 W ,

hệ số công suất bằng 0,8 được mắc vào mạch điện xoay chiều

có điện áp hiệu dụng

( )

380 V

Để động cơ hoạt động bình thường, phải mắc động cơ nối tiếp với một điện trở thuần có giá trị:

A

( )

180 Ω

B

( )

300 Ω

C

( )

220 Ω

D

( )

176 Ω

Câu 21: Trong giờ học thực hành, học sinh mắc nối tiếp một quạt điện xoay chiều với điện trở R rồi mắc hai đầu

đoạn mạch này vào điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng

( )

380 V

Biết quạt điện này có các giá trị định mức:

( ) ( )

220 V −88 W

và khi hoạt động đúng công suất định mức thì độ lệch pha giữa điện áp ở hai đầu quạt và cường

độ dòng điện qua nó là

,

ϕ với

cosϕ =0,8

Để quạt điện này chạy đúng công suất định mức thì R bằng:

A

( )

361 Ω

B

( )

180 Ω

C

( )

267 Ω

D

( )

354 Ω

Câu 22: Một động cơ không đồng bộ ba pha mắc hình sao, khi động cơ hoạt động bình thường ở điện áp pha cực đại bằng

( )

200 V

thì công suất tiêu thụ điện của động cơ bằng

( )

3240 W

và hệ số công suất

cosϕ=0,9

Vào thời điểm dòng điện ở một cuộn dây có cường độ

( )

thì dòng điện ở hai cuộn dây còn lại có cường độ tương ứng là:

A

( ) ( )

2

3

11,74

3, 74

= −



 =



B

( ) ( )

2 3

6, 45

,155

= −



 = −



C

( ) ( )

2 3

0 8

=



 = −



D

( ) ( )

2 3

10,5

18,5

=



 = −



Câu 23: Trong một giờ thực hành một học sinh muốn một quạt điện loại

180 V −120 W

hoạt động bình thường dưới điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng

( )

220 V ,

nên mắc nối tiếp với quạt một biến trở Ban đầu học sinh đó

để biến trở có giá trị

( )

70 Ω

thì đo thấy cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là

( )

0,75 A

và công suất của quạt điện đạt 92,8% Muốn quạt hoạt động bình thường thì phải điều chỉnh biến trở như thế nào?

A Giảm đi

( )

12 Ω

B Tăng thêm

( )

12 Ω

C Giảm đi

( )

20 Ω

D Tăng thêm

( )

20 Ω

Câu 24: Một động cơ điện xoay chiều sản ra công suất cơ học

( )

7,5 kW

và có hiệu suất 80% Mắc động cơ nối tiếp với một cuộn cảm rồi mắc chúng vào mạng điện xoay chiều Giá trị hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu động cơ là

M

U

biết rằng dòng điện qua động cơ có cường độ hiệu dụng

( )

40

và trễ pha với

M

U

một góc

6

π Hiệu điện

thế ở hai đầu cuộn cảm

( )

125

L

và sớm pha so với dòng điện qua cuộn cảm là

3

π

Tính điện áp hiệu dụng của mạng điện và độ lệch pha của nó so với dòng điện

A

( ) 0

384 V ; 40

B

( ) 0

834 V ; 45

C

( ) 0

384 V ; 39

D

( ) 0

184 V ; 39

Câu 25: Xét một mạch điện gồm một động cơ điện ghép nối tiếp với một tụ điện Đặt vào hai đầu mạch một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng

( )

100

thì mạch có hệ số công suất là 0,9 Lúc này động cơ hoạt động bbnh thường với hiệu suất 80% và hệ số công suất 0,75 Biết điện trở trong của động cơ là

( )

10 Ω

Điện áp hiệu dụng hai đầu động cơ và cường độ ḍng điện hiệu dụng qua động cơ lần lượt:

A

( )

( )

120

6







V

A

B

( ) ( )

125

6







V A

C

( ) ( )

120

1,8







V A

D

( ) ( )

125

1,8







V A

HẾT