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
1. MÁY PHÁT ĐIỆN
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.
- Máy phát điện xoay chiều một pha
* 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 \[f = \frac{{Np}}{{60}}\]
- Máy phát điện xoay chiều ba pha:
*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
Khi đó trên 3 cuộn dây xuất hiện 3 dòng điện xoay chiều có cùng tần số góc , 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: \[P = 3{U_p}{I_p}{\rm{cos}}\varphi \]
* 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
2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Áp dụng các công thức sau:
Công suất tiêu thụ của động cơ: \[P = UIcos\varphi \]
trong đó:
+ U là điện áp hiệu dụng giữa hai đầu động cơ
+ I là cường độ dòng điện hiệu dụng chạy qua động cơ.
+ \[\varphi \] là độ lệch pha giữa điện áp hai đầu động cơ với cường độ dòng điện qua động cơ.
Công suất tỏa nhiệt của động cơ: \[{P_1} = {I^2}r\]
Công suất động cơ sinh ra dưới dạng cơ năng [công suất có ích]: \[{P_2}\]
Ta có: \[P = {P_1} + {P_2}\]
Trang chủ
Sách ID
Khóa học miễn phí
Luyện thi ĐGNL và ĐH 2023
17/09/2016 04:25 CH | 47203
1. Nguyên tắc:
Nguyên tắc của máy phát điện xoay chiều 1 pha đã được xét trong phần " I. Cách tạo ra dòng điện xoay chiểu" ở bài học trước.
2. Cấu tạo
Máy phát điện xoay chiều gồm 2 bộ phận chính là phần cảm và phần ứng.
- Phần cảm là bộ phận tạo ra từ trường [là nam châm]
- Phần ứng là bộ phận tạo ra suất điện động cảm ứng [là khung dây hoặc các cuộn dây].
Người ta có thể bố trí cho phần cảm quay, phần ứng đứng yên hoặc ngược lại.
- Phần đứng yên được gọi là stato.
- Phần quay được gọi là rôto.
a] Với máy phát điện xoay chiều một pha công suất nhỏ:
- Phần cảm là stato [nam châm đứng yên].
- Phần ứng là rôto [khung dây quay].
Do khung dây là bộ phận cung cấp dòng điện ra bên ngoài nhưng nó lại quay nên người ta phải dùng thêmbộ góp [Xem lại " I. Cách tạo ra dòng điện xoay chiểu"]
b] Với máy phát điện xoay chiều một pha công suất lớn
Dòng điện do máy phát ra rất lớn nên không thể dùng bộ góp để lấy điện ra bên ngoài nên người ta phải bố trí cho khung dây đứng yên, nam châm [thường là nam châm điện có khả năng tạo ra từ trường rất mạnh].quay.Như vậy, đối với máy phát điện xoay chiều 1 pha công suất lớn người ta bố trí cho
- Phần cảm là rôto.
- Phần ứng là stato.
Để làm giảm vận tốc quay của rôto trong khi vẫn giữ nguyên tần số f của dòng điện do máy phát ra người ta chế tạo máy với p cặp cực nam châm [đặt xen kẻ nhau trên vành tròn của rôto] và p cặp cuộn dây [đặt xen kẻ nhau trên vành tròn của stato].
Ở hình bên trái ta thấy rôto [phần bên trong] gồm có 6 cặp cực nam châm [tổng cộng 12 cực: 6 cực Bắc, 6 cực Nam] sắp xếp xen kẻ nhau trên vành tròn của rôto, chúng là các nam châm điện. Ở bên ngoài ta thấy có tổng cộng 12 cuộn dây trên stato, chúng tạo thành 6 cặp cuộn dây. Các cuộn dây này được nối với nhau theo cách phù hợp.
Ở hình bên phải là hình chụp một rô to. Ta thấy mỗi cực nam châm là một nam châm điện.
Trong trường hợp này, tần số của dòng điện do máy phát ra là f = np trong đó n là số vòng quay trong 1 giây của rôto.
Nếu n là số vòng quay trong 1 phút của rôto thì
II. Máy phát điện xoay chiều ba pha
1. Dòng điện xoay chiều ba pha là một hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều một pha cùng biên độ Io cùng tần số f [tức là cùng tần số góc
2. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha [Máy phát điện xoay chiều ba pha]
Người ta bố trí cho ba cuộn dây giống hệt nhau đặt lệch nhau 120o trên vành tròn của stato. Khi nam châm quay thì từ thông cực đại qua mỗi cuộn dây sẽ hơn kém nhau về thời gian bằng 1/3 chu kỳ, tức là lệch pha nhau góc .Nối hai đầu mỗi cuộn dây với một tải bên ngoài [các tải này giống hệt nhau] thì trong các tải có dòng điện xoay chiều ba pha.
3. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều ba pha:
- Phần cảm là nam châm điện quay [Phần cảm là rôto]
- Phần ứng gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau đặt lệch nhau 120o trên vành tròn của stato.
4. Biểu thức của dòng điện xoay chiều ba pha
Ta hãy gọi cường độ tức thời của dòng điện chạy trong tải thứ nhất là i1, của dòng điện trong tải thứ hai là i2 và trong tải thứ ba là i3. Chọn gốc thời gian thích hợp ta có biểu thức của các dòng điện này như sau:
Đồ thị của các dòng điện này [vẽ trên cùng một hệ trục] như sau
Đồ thị này cho thấy:
- Lúc mà một dòng điện đạt giá trị cực đại [bằng +Io] thì hai dòng điện kia đều có giá trị âm và cùng có độ lớn bằng nửa cực đại [ bằng -Io/2].
- Lúc mà một dòng điện đạt giá trị cực tiểu [bằng -Io] thì hai dòng điện kia đều có giá trị dương và cùng có độ lớn bằng nửa cực đại [ bằng +Io/2].
5. Cách mắc điện ba pha [Phần đọc thêm]
a] Cách mắc hình sao:
Trong cách mắc này ta thấy:
- Cần có 4 dây khi tải điện: Ba dây pha và một dây trung hòa.
- Nếu các tải hoàn toàn giống nhau thì cường độ dòng điện trên dây trung hòa bằng 0 [triệt tiêu].
- Nếu gọi Ud là điện áp giữa hai dây pha; Up là điện áp giữa một dây pha với dây trung hòa thì
- Nếu tải tiêu thụ được mắc hình sao thì điện áp hiệu dụng đặt vào mỗi tải là Up.
b] Cách mắc hình tam giác
Trong cách mắc này ta thấy:
- Cần có 3 dây pha khi tải điện, không có dây trung hòa.
- Điện áp hiệu dụng đặt vào mỗi tải là điện áp Ud.
Bài trước Lên đầu trang Bài kế tiếp Trở về Trang chủ