Bài 7 máy điện XOAY CHIỀU

Máy phát điện xoay chiều một pha hoạt động theo hai cách: - Cách thứ nhất: phần ứng quay, phần cảm cố định - Cách thứ hai: phần cảm quay, phần ứng cố định Nếu máy phát có p cặp cực, khi

Trang 1

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BÀI 7: MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Mục tiêu

 Kiến thức

+ Trình bày được cấu tạo, các nguyên tắc hoạt động của các loại máy phát điện và động cơ điện + Viết được công thức tính tần số của suất điện động do máy phát điện xoay chiều một pha tạo ra + Viết được các biểu thức suất điện động xoay chiều của máy phát điện xoay chiều ba pha

 Kĩ năng

+ Vận dụng các công thức để giải bài tập có liên quan

Trang 2

A MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1 Máy phát điện

Máy phát điện là thiết bị dùng để biến đổi cơ năng

thành điện năng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện

từ

Các máy phát điện có cấu tạo gồm 2 phần:

 Phần cảm: tạo ra từ trường Đó có thể là

nam châm điện hay nam châm vĩnh cửu

 Phần ứng: tạo ra dòng điện Đó là những

cuộn dây

Một trong hai phần đặt cố định (gọi là stato),

phần còn lại quay quanh một trục (gọi là rôto)

2 Máy phát điện xoay chiều một pha

Máy phát điện xoay chiều một pha tạo ra một suất

điện động xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều một pha hoạt động theo

hai cách:

- Cách thứ nhất: phần ứng quay, phần cảm cố

định

- Cách thứ hai: phần cảm quay, phần ứng cố

định

Nếu máy phát có p cặp cực, khi rôto quay với

tốc độ n (vòng/giây) thì tần số biến thiên của suất

điện động mà máy phát ra sẽ là:

f pn

Nguyên lí tạo ra máy phát điện

Bằng cách thay đổi số đường sức từ qua cuộn dây (bằng cách dịch chuyển nam châm lại gần chẳng hạn) trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng theo hiện tượng cảm ứng điện từ

Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha theo cách thứ nhất

Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha theo cách thứ hai (có 1 cặp cực)

Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha theo cách thứ hai (có 2 cặp cực)

Trang 3

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA

II CÁC DẠNG BÀI TẬP

Phương pháp giải

Vận dụng công thức tính tần số của máy phát điện

xoay chiều một pha để giải bài tập

Tần số của suất điện động:

f = pn Trong đó n là tốc độ quay của rôto có đơn vị

vòng/s

p là số cặp cực (bằng một nửa số cực)

Nếu bài cho đơn vị của n là vòng/phút thì công

thức trở thành: f np

60



Ví dụ: Một máy phát điện xoay chiều một pha có

phần cảm là rôto gồm 10 cặp cực (10 cực nam và 10 cực bắc) Rôto quay với tốc độ 300 vòng/phút Suất điện động do máy sinh ra có tần số bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Tần số của suất điện động: f np 10.300 50

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Một máy phát điện xoay chiều 1 pha có rôto gồm 4 cặp cực từ, muốn tần số dòng điện xoay

chiều mà máy phát ra là 50 Hz thì rôto phải quay với tốc độ là bao nhiêu?

Máy phát điện xoay chiều một pha

Công thức

Là thiết bị tạo ra một suất điện động xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện

từ

Phần cảm

Nam châm điện hay nam châm vĩnh cửu

Phần ứng

Cuộn dây

Phần quay là rôto Phần đứng yên là stato

Tạo ra từ

trường

Tạo ra dòng điện

Định nghĩa

Cấu tạo

Trang 4

Tốc độ quay của rôto n 60f 60.50 750

Chọn C

Ví dụ 2: Nếu tốc độ quay của rôto tăng thêm 1 vòng/s thì tần số của dòng điện

do máy phát ra tăng từ 60 Hz đến 70 Hz và suất điện động hiệu dụng do máy

phát ra thay đổi 40 V so với ban đầu Hỏi nếu tiếp tục tăng tốc độ của rôto thêm

1 vòng/s nữa thì suất điện động hiệu dụng do máy phát ra là bao nhiêu?

Khi tốc độ quay của rôto là n vòng/s thì tần số của máy phát điện:

f 'p n 1 70Hz và suất điện động lúc này là E 'NBS.2 f '  E 40

Lập tỉ số: f ' n 1 70 n 6



Và E 40 f ' n 1 E 240V

 Nếu tiếp tục tăng tốc độ quay thêm 1 vòng/s nữa thì có:

E '' 320 V



Chọn B

Ví dụ 3: Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha và 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 rôto của máy quay đều với vận tốc n

vòng/phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch là 1A Khi rôto

của máy quay đều với tốc độ 3n vòng/phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng

tọng đoạn mạch là 3 A Nếu rôto của máy quay đều với tốc độ 2n vòng/phút thì

cảm kháng của đoạn mạch AB là:

3

60

30



  

Nên cả U vàZ đều tỉ lệ thuận với tốc độ quay n L

Khi quay với tốc độ 3n:  2

2 2 2 2

Mẹo: Với những bài

toán liên tục thay đổi các đại lượng, ta nghĩ đến việc viết các biểu thức ra rồi thực hiện chia vế để tìm các đại lượng

Mẹo: Bài cho đáp án

tính Z theo ẩn R nên L

ta hướng đến lập phương trình chứa hai ẩn Z và R để tìm L mối liên hệ bằng cách chia vế hoặc thế ẩn

Trang 5

Với U2 3U1 và 2 1  L1

Z 3Z 9U 3 R 9Z  2

Chia vế  1 cho  2

2 2

2 L

L

Z



Khi quay với tốc độ 2n:

Z 2Z nên

3

L

2R Z

3



Chọn D

Ví dụ 4: Một máy phát điện xoay chiều một pha, rôto có hai cặp cực Nối hai cực

của máy phát với đoạn mạch AB gồm R, cuộn cảm thuần và tụ điện nối tiếp

nhau Cho R69,1, điện dung

4 10

0,18





 Khi rôto của máy phát quay đều với tốc độ 1200 vòng/phút hoặc 2268 vòng/phút thì công suất tiêu thụ của đoạn

mạch AB là như nhau Độ tự cảm của cuộn dây có giá trị gần nhất với giá trị:

Công suất tiêu thụ của mạch:

2

2 2

E R

P

1

C



   



với E NBS k

2



  (k là hệ số tỉ lệ)

Biến đổi toán học, ta thu được:

2

     

Ta thấy  1 là phương trình bậc hai với ẩn là 12

 nên hai giá trị của tần số góc

cho cùng công suất tiêu thụ trên mạch khi phương trình  1 có hai nghiệm 2

1

 ,

2

1

 thỏa mãn hệ thức Vi-ét:

2 2

1 2

2LC R C a



2

Thay vào  2 ta được:

2

Chọn A

Mẹo: Dạng bài có hai

giá trị của đại lượng này cho cùng giá trị của đại lượng khác, ta đưa về phương trình bậc hai để sử dụng các hệ thức Vi-ét

Trang 6

Bài tập tự luyện

Bài tập cơ bản

Câu 1 (38790): 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 0,1 A Khi tăng tốc độ quay của rôto lên gấp đôi thì ampe kế chỉ:

Câu 2 (38795): Trong máy phát điện xoay chiều một pha, các cuộn dây được quấn trên lõi thép silicon để

C tránh dòng điện phucô D tăng cường từ thông qua các cuộn dây

Câu 3 (38798): 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?

f

p



Câu 4 (38800): Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto gồm 20 cặp cực Rôto quay

với tốc độ 600 vòng/phút Suất điện động do máy sinh ra có tần số bằng:

Câu 5 (38802): Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto quay với tốc độ 375

vòng/phút Tần số của suất điện động cmả ứng mà máy phát tạo ra là 50 Hz Số cặp cực của rôto bằng:

Câu 6 (38804): Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng gồm 4 cuộn dây giống nhau mắc nối

tiếp Suất điện động xoay chiều do máy phát sinh ra có tần số 50 Hz và giá trị hiệu dụng 100 2 V Từ thông cực đại qua mỗi vòng dây của phần ứng là 5

mWb Số vòng dây trong mỗi cuộn dây của phần ứng

là:

Câu 7 (38809): 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 rôto quay với tốc độ n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm

là I Hỏi khi rôto quay với tốc độ 3n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm bao nhiêu?

3

Bài tập nâng cao

Câu 8 (38816): Rôto của một máy phát điện xoay

chiều một pha có 4 cực từ và quay với tốc độ n

vòng/phút Hai cực phần ứng của máy mắc với

một tụ điện có điện dung C 10 F  Điện trở trong

của máy không đáng kể Đồ thị biểu diễn sự biến

thiên của cường độ dòng điện hiệu dụng I qua tụ

theo tốc độ quay của rôto khi tốc độ quay của rôto

biến thiên liên tục từ n1150vòng/phút đến

Trang 7

n 1500vòng/phút Biết rằng với tốc độ quay 1500 vòng/phút thì suất điện động hiệu dụng giữa hai cực máy phát tương ứng là E Giá trị E là:

Câu 9 (38821): Một máy phát điện xoay chiều một pha phát ra dòng điện có tần số 60 Hz Nếu thay rôto

của nó bằng một rôto khác có nhiều hơn một cặp cực, muốn tần số vẫn là 60 Hz thì số vòng quay của rôto trong một giờ thay đổi 7200 vòng Tính số cặp cực của rô to cũ?

Câu 10 (38835): Rôto của một máy phát điện xoay chiều một pha có 100 vòng dây, điện trở không đáng

kể, diện tích mỗi vòng 60 cm2 Stato tạo ra từ trường đều có cảm ứng từ 0,2 T Nối hai cực của máy vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R 10 , cuộn cảm thuần có hệ số tự cảm L0, 2H

 và tụ điện

có điện dung C0,3mF

 Khi rôto của máy quay đều với tốc độ n1500 vòng/phút thì cường độ hiệu

dụng qua R là:

B MÁY PHÁT ĐIỆN BA PHA VÀ DÒNG ĐIỆN BA PHA

 Máy phát điện xoay chiều tạo ra ba suất điện động xoay chiều:

o Cùng tần số

o Cùng biên độ

o Lệch pha nhau tùng đôi một góc 2

3



Nếu chọn gốc thời gian thích hợp thì biểu thức của các suất điện động do máy tạo ra:

 

1 0

2 0

3 0

2

3 2

3







 Cấu tạo gồm hai phần:

o Phần ứng là stato: gồm 3 cuộn dây riêng rẽ,

hoàn toàn giống nhau, quấn trên ba lõi đặt lệch nhau 120 trên một vòng tròn

o Phần cảm là rôto: là một nam châm điện có thể

quay đều quanh trục với tốc độ góc  Khi rôto quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất

hiện trong ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhưng

lệch pha nhau 2

3



Trang 8

 

1 0

2 0

3 0

2

3 2

3







Phương pháp giải

Vận dụng các đặc điểm của máy phát điện xoay

chiều ba pha, biểu thức của ba dòng điện xoay

chiều ba pha, ba suất điện động xoay chiều ba pha

kết hợp với biến đổi lượng giác hoặc giản đồ vectơ

để giải

Chú ý các công thức lượng giác thường gặp:

cos ab cos a.cos b sin a.sin b

cos ab cos a.cos b sin a.sin b

1

2

     

Ví dụ:

Tại thời điểm t, suất điện động ở một cuộn dây của

máy phát điện xoay chiều 3 pha là e1 E0 3

2

 thì suất điện động ở 2 cuộn dây còn lại có giá trị bằng bao nhiêu?

Suất điện động ở ba cuộn dây lệch pha nhau một góc 120 nên ta biểu diễn trên vòng tròn như hình vẽ

Từ hình vẽ ta thấy khi

1 0

3

2

3

2









 



Máy phát điện xoay chiều ba pha

Là thiết bị tạo ra ba suất

điện động xoay chiều có

cùng biên độ, cùng tần số

nhưng lệch pha nhau 2

3



Phần cảm

Là một nam châm điện có thể quay đều quanh trục với tốc độ góc 

Phần ứng

gồm 3 cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau, quấn trên 3 lõi sắt đặt lệch nhau

120 trên một vòng tròn

Trang 9

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha:

A Stato là phần cảm, rôto là phần ứng

B Phần nào quay là phần cảm

C Stato là phần ứng, rôto là phần cảm

D Phần nào đứng yên là phần tạo ra từ trường

Máy phát điện xoay chiều ba pha có stato gồm 3 cuộn dây (phần ứng) mắc trên một vòng tròn tại 3 vị trí đối xứng, trục của ba vòng lệch nhau một góc 120

Nam châm (phần cảm) quay quanh một trục đóng vai trò là rôto

Chọn C

Ví dụ 2: Một máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động bình thường Trong ba cuộn dây của phần

ứng có 3 suất điện động có giá trị e , 1 e và 2 e Ở thời điểm mà 3 e130V thì tíc  2

2 3

trị cực đại của e là: 1

Giả sử: e1 E cos0   t V suy ra

 

2 0

3 0

2

3 2

3







Ta có tích: 2

2 3 0

      



2

2 0

        

Kết hợp với điều kiện đề bài cho  2

2 3

e e  300 V suy ra:

0

Chọn B

Ví dụ 3: Một máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động ổn định Suất điện động trong ba cuộn dây

của phần ứng có giá trị e , 1 e và 2 e Ở thời điểm mà 3 e130V thì e2e3 30V Giá trị cực đại của e 1 là:

Suất điện động trong ba cuộn dây của máy phát điện xoay chiều ba pha:

Trang 10

 

1 0

2 0

3 0

2

3 2

3



     

             

Theo bài ra: 1

2 3

e 30





  



Trường hợp 1:

 

0 1

0

1

30

E









Trường hợp 2:

 

0 1

0

1

30

E







Vậy giá trị cực đại của e là 34,6 V 1

Chọn C

C ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1 Sự quay không đồng bộ

Khi đặt khung dây dẫn trong từ trường quay, nó sẽ quay theo từ trường đó với

tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ góc của nam châm (không đồng bộ)

Động cơ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ

trường quay gọi là động cơ không đồng bộ

2 Cách tạo ra từ trường quay bằng dòng điện ba pha

Khi mắc 3 cuộn dây giống nhau với mang điện ba pha, bố trí mỗi lệch nhau

120 trên vòng tròn ta thấy từ trường tổng hợp do 3 cuộn dây gây ra tại tâm

vòng tròn có độ lớn không đổi và quay trong mặt phẳng song song với ba trục

cuộn dây với tốc độ góc bằng 

3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ ba pha có hai bộ phận chính:

- Phần cảm: ba cuộn dây giống hệt nhau đặt tại ba vị trí nằm trên một vòng tròn sao cho các trục

của các cuộn dây ấy đồng quy tại tâm O của vòng tròn đó và đặt lệch nhau 1

3 vòng tròn

Trang 11

- Phần ứng: rôto lồng sóc Gồm một lồng kim loại gắn với một trục để truyền tác dụng quay của

động cơ ra bên ngoài

Nguyên tắc hoạt động:

Mắc các cuộn dây ở stato với nguồn điện ba pha, từ trường quay tạo thành có tốc độ góc bằng tần số góc bằng tần số góc của dòng điện Từ trường quay tác dụng lên dòng điện cảm ứng trong các khung dây

ở rôto các momen lực làm rôto quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường Chuyển động quay của rôto được sử dụng để làm quay các máy khác

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Cho dòng điện có tần số góc  qua động cơ không đồng bộ ba pha Chỉ ra kết luận đúng:

A Động cơ quay với vận tốc góc lớn hơn 

B Động cơ quay với vận tốc góc bằng 

C Động cơ quay với vận tốc góc nhỏ hơn 

D Có thể xảy ra trường hợp A, B hay C vì còn phụ thuộc vào tải của động cơ

Động cơ không đồng bộ ba pha quay với vận tốc góc nhỏ hơn tần số góc của dòng điện

Chọn C

Ví dụ 2: Khi đông cơ không đồng bộ ba pha hoạt động ổn định, từ trường quay trong động cơ có tần số:

A bằng tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato

Động cơ không đồng

bộ ba pha

Là động cơ hooạt động

dựa trên hiện tượng cảm

ứng điện từ và tác dụng

của từ trường quay

Tốc độ quay của rôto 'nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường 

'

  

Phần cảm

Ba cuộn dây giống nhau đặt lệch nhau

1

3 vòng tròn

Phần ứng

Là rôto lồng sóc

Trang 12

B lớn hơn tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato

C có thể lớn hơn hay nhỏ hơn tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato, tùy vào tải

D nhỏ hơn tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây stato

Từ trường quay trong động cơ không đồng bộ ba pha có tần số bằng tần số của dòng điện chạy trong các cuộn dây của stato

Chọn A

Ví dụ 3: Chọn phát biểu đúng:

A Chỉ có dòng điện ba pha mới tạo ra được từ trường quay

B Rôto của động cơ không đồng bộ quay với tốc độ góc của từ trường

C Từ trường quay trong động cơ không đồng bộ luôn thay đổi về cả hướng và trị số

D Tốc độ góc của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào tốc độ quay của từ trường và momen cản

Ngoài dòng điện ba pha còn có nhiều cách để tạo ra từ trường quay  A sai

Rôto của động cơ không đồng bộ ba pha quay với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ góc từ trường quay  B sai

Từ trường quay trong động cơ không đồng bộ ba pha có trị số không đổi và luôn bằng 1,5B0  C sai Tốc độ góc của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào tốc độ quay của từ trường  D đúng

Chọn D

ĐÁP ÁN

A MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	1,76 MB