Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 17: Máy phát điện xoay chiều - Trần Viết Thắng

Bài 17. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 
GIÁO VIÊN: TRẦN VIẾT THẮNG 
Trường THPT CHU VĂN AN TN 
Bài 17. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 
MÁY PHÁT ĐIỆN LÀ GÌ? 
Là thiết bị dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng 
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦAMÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 
Nếu từ thông qua mỗi vòng dây biến thiên theo quy luật:	 
 Φ 1 = Φ 0 cos t ( Φ 0 : từ thông cực đại trong 1 vòng dây) 
Cuộn dây có N vòng giống nhau suất điện động xoay chiều trong 
cuộn dây: 	 	 
Hay e = E 0 cos( t - /2) 
E 0 = N Φ 0 - Biên độ của sđđ 
Nguyên tắc hoạt động: MPĐXC hoạt động dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ: khi từ thông qua 1 vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều. 
Suất điện động của máy phát điện xoay chiều phụ thuộc vào các yếu tố nào? 
Các cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng? 
Từ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trường 
Từ trường quay, các vòng dây 	đặt cố định 
Các bộ phận chính 
* Phần cảm: là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Đó là phần tạo ra từ trường. 
* Phần ứng: là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động 
 Phần cố định gọi là stato; phần quay quanh 1 trục gọi là rôto 
I. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 
Các bộ phận chính 
Phần cảm: là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Đó là phần tạo ra từ trường 
I. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 
N 
S 
S 
- Phần cảm (roto) tạo ra từ thông biến thiên bằng các nam châm quay 
 Các cuộn nam châm điện của phần cảm - roto 
- Tốc độ quay của roto: n vòng/giây 
- Có p cặp cực từ N- S. 
1.Các bộ phận chính 
Phần cảm: là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Đó là phần tạo ra từ trường. 
Phần ứng: là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động 
I. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 
B 2 
B 1 
B 3 
 Các cuộn dây phần ứng - stato 
Phần ứng (stato) gồm các cuộn dây giống nhau, 
cố định trên một vòng tròn. 
Khi roto quay, từ thông qua các vòng 
dây stato biến thiên tuần hoàn với tần số 
 f = pn 
p- số cặp cực từ, n vòng/giây 
2. Hoạt động: theo 2 cách 
- Cách 1: phần ứng quay, phần cảm cố định 
* Stato là nam châm đặt cố định 
* Rôto là khung dây quay quanh 1 trục trong từ trường tao bởi stato 
S 
Phần đứng yên: Stato 
Phần quay: Rôto 
2. Hoạt động: theo 2 cách 
- Cách 1: phần ứng quay, phần cảm cố định 
* Stato là nam châm đặt cố định 
* Rôto là khung dây quay quanh 1 trục trong từ trường tao bởi stato 
 Cách 2: phần cảm quay, phần ứng cố định 
* Rôto là nam châm, thường là nam châm điện được nuôi bởi dòng điện 1 chiều 
* Stato gồm nhiều cuộn dây có lõi sắt, xếp thành 1 vòng tròn 
Phần đứng yên: Stato 
Phần quay: Rôto 
S 
S 
N 
N 
Máy phát điện xoay chiều 1 pha 
Rôto có p = 2 cặp cực 
N 
N 
S 
S 
Để tăng suất điện động của máy phát, phần ứng thường gồm 
nhiều cuộn dây, mỗi cuộn lại gồm nhiều vòng dây mắc nối 
tiếp với nhau. Phần cảm gồm nhiều nam châm điện tạo thành 
nhiều cặp cực B – N, bố trí lệch nhau. Các cuộn dây của 
phần ứng và phần cảm thường được quấn trên các lõi thép kĩ 
Thuật để tăng cường từ thông qua chúng. Lõi thép gồm 
 nhiều lá thép mỏng ghép cách điện với nhau để giảm hao 
 phí do dòng Fu –cô 
I. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA 
N 
N 
S 
S 
N 
N 
S 
S 
Phần ứng (các cuộn dây) 
Phần cảm 
( Các nam châm) 
 MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 PHA 
N 
N 
S 
S 
N 
N 
S 
S 
Phần ứng (các cuộn dây) 
Phần cảm 
( Các nam châm) 
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 PHA 
MỘT SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA CÔNG SUẤT NHỎ 
Cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha 
	- Dòng điện xoay chiều 3 pha được tạo ra bởi máy phát điện xoay chiều 3 pha. Máy này có cấu tạo giống như máy phát điện 1 pha hoạt động theo cách thứ 2 
	*stato có 3 cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống 	 nhau quấn trên 3 lõi sắt đặt lệch nhau 120 0 	 trên 1 vòng tròn 
	* roto là một nam châm điện 
II. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 
1. Cấu tạo và nguyên tắt hoạt động 
II. MÁY PHÁT XOAY CHIỀU 3 PHA 
N 
S 
A 1 
B 1 
A 2 
B 2 
A 3 
B 3 
(1) 
(2) 
(3) 
* Cấu tạo 
- Stato ( phần ứng ) : 3 cuộn dây giống nhau quấn trên ba lõi sắt đặt lệch 120 0   trên vòng tròn 
- Rôto ( phần cảm) : Một nam châm NS quay quanh trục 0 với tốc độ góc  không đổi 
* Hoạt động : 
Khi nam châm quay từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên điều hòa với tần số góc , cùng biên độ, lệch pha nhau 2 /3 
Trong 3 cuộn dây xuất hiện 3 sđđ xoay chiều cùng f , cùng biên độ, lệch pha nhau 2 /3 
1. Cấu tạo và nguyên tắt hoạt động 
II. MÁY PHÁT XOAY CHIỀU 3 PHA 
N 
S 
A 1 
B 1 
A 2 
B 2 
A 3 
B 3 
(1) 
(2) 
(3) 
* Hoạt động : 
Khi nam châm quay từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên điều hòa với tần số góc , cùng biên độ, lệch pha nhau 2 /3 
Trong 3 cuộn dây xuất hiện 3 sđđ xoay chiều cùng f , cùng biên độ, lệch pha nhau 2 /3 
e 1 = E 0 cos t 
e 2 = E 0 cos( t - 2 /3) 
e 3 = E 0 cos( t - 4 /3) 
 1 
 2 
 3 
N 
A 2 
B 2 
B 3 
B 1 
A 1 
A 3 
N 
S 
Có 2 cách mắc: Mắc hình sao , mắc tam giác 
2. Cách mắc mạch 3 pha : 
1 
2 
3 
0 
~ 
~ 
~ 
Nguồn điện mắc theo hình sao 
3 điểm đầu của 3 dây đưa ra thành 3 dây pha 3 điểm cuối nối chung lại thành dây trung hòa . 
Các điện áp U 1O , U 20 , U 30 gọi là điện áp pha U p , 
còn U 12 , U 23 , U 31 , gọi là điện áp dây U d 
- Trong các mạch 3 pha các tải được mắc theo hai cách. 
CÁCH MẮC MẠCH ĐIỆN 3 PHA 
a. Mắc hình sao 
- Mạch tiêu thụ điện năng gọi là tải 
1 
2 
3 
Dây trung hòa 
O 
Dây pha 
U pha 
U day 
I P 
I d 
I 0 
U d = U p 
1 
2 
3 
Dây trung hòa 
O 
Dây pha 
U pha 
U day 
I P 
I d 
I 0 
CÁCH MẮC MẠCH ĐIỆN 3 PHA 
a. Mắc hình sao 
Nếu các tải đối xứng thì cường độ dòng điện trong dây trung hòa bằng không 
I d = I P 
a. Mắc hình sao 
2. Cách mắc mạch 3 pha : 
A 1 
A 3 
A 2 
B 1 
B 2 
B 3 
3 điểm đầu của 3 dây đưa ra thành 3 dây pha, 3 điểm cuối nối chung lại thành dây trung hòa . 
Khi mắc hình sao: U d = U p ; I d = I p 
b.Mắc hình tam giác 
1 
2 
3 
I p 
U P 
U d 
I d 
U d = U P 
CÁCH MẮC MẠCH ĐIỆN 3 PHA 
I d = I p 
b. Mắc hình tam giác 
2. Cách mắc mạch 3 pha : 
Khi mắc hình tam giác: I d = I p ; U d = U p 
A 2 
A 1 
A 3 
B 1,2,3 
điểm đầu pha này nối với điểm cuối của pha kia . 
Nguồn điện mắc theo hình sao 
b. Mắc hình tam giác 
2. Cách mắc mạch 3 pha : 
Khi mắc hình tam giác: I d = I p ; U d = U p 
điểm đầu cuộn dây này nối với điểm cuối cuộn dây kia .Điểm nối chung đưa ra thành dây pha . 
Nguồn điện mắc theo hình tam giác 
 A 2 
A 3 
A 1 
B 1 
B 3 
B 2 
Dòng điện xoay chiều 3 pha do máy phát điện xoay chiều 3 pha phát ra.Đó là hệ 3 dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số f ,cùng biên độ và lệch pha nhau 2 /3 
. 
i 1 = I 0 cos t 
i 2 = I 0 cos( t - 2 /3) 
i 3 = I 0 cos( t - 4 /3) 
3. Dòng ba pha 
- Truyền tải điện năng đi xa ,tiết kiệm dây dẫn. 
- Cung cấp điện cho động cơ ba pha . 
4. Ưu điểm của dòng điện ba pha 
1. Phát biểu nào sau đây đúng với máy phát điện xoay chiều? 
Biên độ của suất điện động phụ thuộc vào số cặp cực của nam châm 
Tần số của suất điện động phụ thuộc vào số vòng dây của phần ứng 
Dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện ở các cuộn dây của phần ứng 
Cơ năng cung cấp cho máy được biến đổi hoàn toàn thành điện năng 
2. Máy phát điện xoay chiều 1 pha có roto là phần ứng và máy phát điện xoay chiều 3 pha giống nhau ở điểm nào sau đây 
Đều có phần ứng quay, phần cảm cố định 
Đều có bộ góp điện để dẫn điện ra mạch ngoài 
Đều có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ 
Trong mỗi vòng quay của roto, suất điện động của máy đều biến thiên tuần hoàn 2 lần 
3. Roto của máy phát điện xoay chiều là nam châm có 3 cặp cực, quay với tốc độ 1200 vòng/phút. Tính tần số của suất điện động do máy tao ra 
30Hz 
50Hz 
100Hz 
60Hz 
4. Phần ứng của 1 máy phát điện xoay chiều có N=200 vòng dây giống nhau. Từ thông qua mỗi vòng dây có giá trị cực đại là 2 mWb và biến thiên điều hòa với tần số 50 Hz. Suất điện động của máy có giá trị hiệu dụng là bao nhiêu? 
105V 
83V 
89V 
94V 
Câu 5 Về cấu tạo máy phát điện xoay chiều, mệnh đề nào sau đây đúng? 
Phần tạo ra từ tr ư ờng là phần ứng.	 
 Phần tạo dòng điện là phần ứng. 
 Phần tạo ra từ tr ư ờng luôn quay.	 
Phần tạo ra dòng điện luôn đứng yên. 
Câu 6 . Một máy phát điện xoay chiều có p cặp cực, rô to quay với tốc độ n vòng/phút thì dòng điện xoay chiều do nó phát ra có tần số là 
A. f = np/60;	 
 B. f= 2np	 
C. f = np/2	 
 D. f = np	 	 
Câu 7. Điều nào sau đây là sai khi nói về máy pha ́ t điợ̀n xoay chiều một pha? 
A. Rôto có thể là phần cảm hoặc phần ứng. 
B. Phần quay gọi là rôto, phần đứng yên gọi là stato. 
C. Phần cảm tạo ra từ tr ư ờng, phần ứng tạo ra suất điện động. 
D. Phần cảm tạo ra dòng điện, phần ứng tạo ra từ tr ư ờng. 
Câu 8 Một máy phát điện xoay chiều một pha có rôto gồm 4 cặp cực từ, muốn tần số dòng điện xoay chiều mà máy phát ra là 50Hz thì rôto phải quay với tốc độ là bao nhiêu? 
A. 3000vòng/phút.	 
B. 1500vòng/phút.	 
C. 750vòng/phút.	 
D. 500vòng/phút. 
Câu 9. Một mạng điện 3 pha mắc hình sao, hiệu điện thế giữa hai dây pha là 220V. Hiệu điện thế giữa một dây pha và dây trung hoà nhận giá trị nào sau? 
381V.	 
 127V. 
 660V.	 
 73V. 
Câu 10 Một máy phát điện mà phần cảm gồm hai cặp cực từ quay với tốc độ 1500 vòng/ phút và phần ứng gồm hai cuộn dây mắc nối tiếp, có suất điện động hiệu dụng 220V, từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là 5mWb. Mỗi cuộn dây phần ứng gồm bao nhiêu vòng? 
198 vòng.	 
99 vòng.	 
140 vòng.	 
 70 vòng.