Giải Bài Tập Vật Lý Lớp 12
Chương III: Dòng Điện Xoay Chiều
Bài 17: Máy Phát Điện Xoay Chiều
Ở bài học ngày hôm nay, các em sẽ được nghiên cứu về máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha, bên cạnh đó là các nguyên tắc tạo ra dòng điện một chiều từ dòng điện xoay chiều – những kiến thức hầu như đều rất quen thuộc với chúng ta, cùng với đó là các bài tập làm quen.
Tóm Tắt Lý Thuyết
Ba pha: khi quay, nam châm (lúc này là rôto) tạo ra từ trường quay, sinh ra hệ ba suất điện động trong ba cuộn dây giống nhau đặt cố định (stato) trên một vòng tròn, taọ với nhau những góc \(120^0\).HocTapHay.Com
1. Máy phát điện là gì?
a. Định nghĩa máy phát điện
Máy phát điên xoay chiều là thiết bị tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ hay máy phát điện xoay chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng.
b. Cấu tạo máy phát điện
Gồm 2 bộ phận chính:
Phần cảm: tạo ra từ trường là nam châm (thường là nam châm điện).
Phần ứng: tạo ra dòng điện là cuộn dây.
Một trong hai phần đứng yên gọi là Stato, phần còn lại quay quanh một trục gọi là Roto.
2. Máy phát điện xoay chiều một pha
a. Cấu tạo và hoạt động máy phát điện xoay chiều một pha
– Phần cảm tạo ra từ thông biến thiên bằng các nam châm quay, đó là một vành tròn (có trục quay Δ), trên gắn các nam châm (2p cực nam châm gồm p cực nam và p cực bắc) mắc xem kẽ nối tiếp nhau, và quay tròn xung quanh trục Δ với tốc độ n vòng/giây. Khi đó phần cảm gọi là rôto.
– Phần ứng gồm các cuộn dây giống nhau, cố định trên một vòng tròn. Khi đó phần ứng gọi là stato. Khi rôto quay, từ thông ua mỗi cuộn dây của stato biến thiên tuần hoàn với tần số: f = pm, kết quả xuất hiện trong đó một suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số f. Các cuộn dây được nối với nhau sao cho các suất điện động trong các cuộn dây luôn luôn cùng chiều, do đó luôn công lại với nhau.
b. Tần số của dòng điện xoay chiều.
Nếu máy phát có 1 cuộn dây và 1 nam châm (một cặp cực), rôto quay n vòng trong 1 giây thì tần số của dòng điện là f = n.
Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 giây thì f = np.
Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 phút thì \(\)\(f = \frac{n}{60}p\)
3. Máy phát điện xoay chiều ba pha
a. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều ba pha
Máy phát điện ba pha là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau \(\frac{2π}{3}\)
Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên một vành tròn tại ba vị trí đối xứng.
Một nam châm NS có thể quay quanh trục O với tốc độ góc ω không đổi. Khi nam châm quay, từ thông qua mỗi cuộn dây là ba hàm số sin của thời gian, cùng tần số góc ω, cùng biên độ và pha lệch nhau \(\frac{2π}{3}\).
b. Cách mắc mạch ba pha
Máy phát ba pha được nối với ba mạch tiêu thụ điện năng (mạch tiêu thụ điện năng thường được gọi là tải). Các tải được giả thiết là giống nhau: cùng điện trở, dung kháng, cảm kháng. Ta nói rằng tải đối xứng.
* Mắc hình sao
* Mắc hình tam giác
Trên hình 17.4 và 17.5: các điện áp \(u_{10}, u_{20}, u_{30}\) được gọi là điện áp pha, các điện áp \(u_{12}, u_{23}, u_{31}\) được gọi là điện áp dây.
Dễ dàng chứng minh hệ thức sau giữa các điện áp hiệu dụng:
\(U_{dây} = \sqrt{3}U_{pha}\)
c. Dòng ba pha
Dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều ba pha phát ra là dòng ba pha. Đó là hệ ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha với nhau \(\frac{2π}{3}\) từng đôi một. Nếu các tải là đối xứng thì ba dòng điện này sẽ có cùng biên độ.
d. Những ưu việt của dòng ba pha
Truyền tải điện năng đi xa bằng dòng ba pha tiết kệm được dây dẫn so với truyền tải điện năng bằng dòng ba pha.
Cung cấp điện cho các động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp.
Các Bài Tập & Lời Giải Bài Tập SGK Bài 17 Máy Phát Điện Xoay Chiều
Bài Tập 1 Trang 94 SGK Vật Lý Lớp 12
Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào?
>> Xem: lời giải bài tập 1 trang 94 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 2 Trang 94 SGK Vật Lý Lớp 12
Phân biệt dòng một pha với dòng ba pha.
>> Xem: lời giải bài tập 2 trang 94 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 3 Trang 94 SGK Vật Lý Lớp 12
Trong máy phát điện xoay chiều một pha, từ trường quay có vectơ \(\)\(\overrightarrow{B}\) 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/giây;
B. 20 vòng/giây;
C. 5 vòng/ giây;
D. 100 vòng/ giây
>> Xem: lời giải bài tập 3 trang 94 sgk vật lý lớp 12
Bài Tập 4 Trang 94 SGK Vật Lý Lớp 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 dòng điện luôn bằng 0 (đường dây trung hòa).
>> Xem: lời giải bài tập 4 trang 94 sgk vật lý lớp 12
Lời Kết:
Ở bài học học máy phát điện xoay chiều này các em sẽ được tìm hiểu về các ứng dụng của máy phát điện xoay chiều và tim hiểu cách hoạt động.
– Cần nắm khái niệm máy phát điện xoay chiều
– Sau đó là nghiện cứu cấu tọa cũng như nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều
– Các ứng dụng quan trọng của máy phát điện xoay chiều trong cuộc sóng hàng ngày
– Làm quen với các dạng bài tập từ dễ đến khó, từ luận cho đến trắc nghiệm.
Sau cùng thì HocTapHay.Com xin chúc các em có kiến thức và học tốt vật lý 12 trong từng bài và vượt qua kỳ thi một cách tốt nhất.
Bài Tập Liên Quan:
- Bài 19: Thực Hành Khảo Sát Đoạn Mạch Xoay Chiều R, L, C Mắc Nối Tiếp
- Bài 18: Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha
- Bài 16: Truyền Tải Điện Năng Và Máy Biến Áp
- Bài 15: Công Suất Điện Tiêu Thụ Của Mạch Điện Xoay Chiều. Hệ Số Công Suất
- Bài 14: Mạch Có R, L, C Mắc Nối Tiếp
- Bài 13: Các Mạch Điện Xoay Chiều
- Bài 12: Đại Cương Về Dòng Điện Xoay Chiều
Trả lời