Nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều
Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều.
1. Máy phát điện xoay chiều một pha
* Khái niệm: là máy tạo ra một suất điện động xoay chiều hình sin.
* Cấu tạo
Máy phát điện xoay chiều 1 pha [còn gọi là máy dao điện] gồm 2 phần chính:
+ Phần cảm: Là nam châm dùng để tạo ra từ trường. Nam châm của phần cảm có thể là nam châm vĩnh cữu hoặc nam châm điện.
+ Phần ứng: Là khung dây dẫn dùng để tạo ra dòng điện.
Một trong hai phần cảm và phần ứng đứng yên, phần còn lại quay, bộ phận đứng yên gọi là stato, bộ phận quay gọi là rôto.
Từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên tuần hoàn với tần số \[f = np\] trong đó: n [vòng/s], p: số cặp cực.
Nếu N [vòng/phút] thì tần số \[f = \dfrac{{Np}}{{60}}\]
2. 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 \[2 \pi\]/3.
*Cấu tạo:
+ Stato: là 3 cuộn dây giống nhau gắn cố định trên một đường tròn lệch nhau một góc 1200
+ Roto: là một nam châm có thể quay quanh một trục cố định với tốc độ quay không đổi là \[\omega \]
Khi đó trên 3 cuộn dây xuất hiện 3 dòng điện xoay chiều có cùng tần số góc \[\omega \], cùng biên độ nhưng lệch pha nhau góc 1200, dòng điện sinh ra từ máy phát điện xoay chiều ba pha gọi là dòng ba pha.
Cấu tạo bên trong của máy phát điện xoay chiều 3 pha:
Mắc hình sao: \[{U_d} = \sqrt 3 {U_p},{I_d} = {I_p}\]
Mắc hình tam giác: \[{U_d} = {U_p},{I_d} = \sqrt 3 {I_p}\]
Công suất của dòng điện 3 pha: \[P = 3{U_p}{I_p}{\rm{cos}}\varphi {\rm{ }}\]
* Ưu điểm của dòng điện 3 pha:
+ Truyền tải điện năng bằng dòng 3 pha tiết kiệm được nhiều dây dẫn.
+ Máy phát điện 3 pha có cấu tạo đơn giản, dòng 3 pha được sử dụng rộng rãi cho các động cơ chạy điện 3 pha được sử dụng ở hầu hết các nhà máy sản xuất, xí nghiệp.
Video mô phỏng về máy phát điện - động cơ điện
Sơ đồ tư duy về máy phát điện xoay chiều - Vật lí 12
- Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ
2. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện:
- Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ
3. Cấu tạo của máy phát điện
a. Nguyên tắc cấu tạo
+ Phần cảm: Tạo ra từ trường
+ Phần ứng : Khung dây tạo ra dòng điện
+ Bộ góp : Lấy dòng điện ra hoặc đưa dòng điện vào
=> Để tạo ra suất điện động xoay chiều người ta cho thay đổi góc hợp bởi giữa B→ và n→ bằng cách cho một trong hai phần ứng hoặc phần cảm đứng yên phần còn lại quay
Phần quay: Rôto; Phần đứng yên: Sato
b. Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha
|
Cách 1: Rôto là phần ứng, Stato là phần cảm [Nam châm đứng yên, khung dây quay] + Khung dây +Nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện + Bộ góp để lấy điện ra : gồm hai vành khuyên và hai chổi quét |
Cách 2: Rôto là phần cảm + Phần ứng gồm các cuộn dây nối tiếpnhau trên một vòng tròn + Phần cảm: Gồm nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu |
c. Công thức:
+ f = n.p
Trong đó : p là số cặp cực
n là tốc độ quay [số vòng /s]
+ Suất điện động cực đại:
=> để làm tăng suất điện động tạo ra người ta tăng tần số của dòng điện bằng cách tăng số cặp cực và số cặp của cuộn dây
+ Phương trình của suất điện động
với [t = 0: [] = ]
với
B. BÀI TẬP
Bài toán 1: Từ thông và suất điện động của nguồn
1. Phương trình của suất điện động và từ thông:
2. Công thức tần số của máy phát điện
[n là tốc độ quay roto/ giây ; p là số cặp cực]
3. Công thức tính suất điện động cực đại
[trong đó : ;
tổng từ thông cực đại = số vòng. = số cuộn.]
Bài toán 2: Đấu máy phát điện với một nguồn điện [Bỏ qua điện trở của phần ứng thì E = U]
1. Mạch ngoài chứa R, L, C “
[Với bài toán thay đổi [do thay đồi n và p]: Thì ]
+ Chứa R: = =>
+ Chứa L: = =>
+ Chứa C: = =>
+ Mạch chứa R, L, C :
=>
[quan hệ ]
UC = I.ZC =
[quan hệ ]