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
Máy phát điện xoay chiều là một loại động cơ rất phổ biến trong cuộc sống của chúng ta. Không chỉ được dùng trong sản xuất mà máy phát điện còn được ứng dụng trong sinh hoạt. Bài hôm nay ta cùng tìm hiểu về loại máy này.
Định nghĩa: 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
Cấu tạo: Luôn có hai bộ phận chính:
- Phần cảm: Phần tạo ra từ trường, thường là nam châm
- Phần ứng: Phần tạo ra dòng điện, là các cuộn dây
- Một trong hai phần đứng yên gọi là stato, phần còn lại quay quanh một trục gọi là rôto
Phân loại: Gồm máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha
Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha này gồm 2 loại:
- Loại 1: Rôto là phần cảm [Nam châm quay] -> Stato là phần ứng
- Loại 2: Stato là phần cảm [Nam châm đứng yên] -> Rôto là phần ứng
Với cách hoạt động thứ 2, người ta chỉ áp dụng với các máy có công suất nhỏ, sử dụng trong phòng thí nghiệm. Để lấy điện ra từ máy phát điện xoay chiều một pha hoạt động theo cách 2, phải lấy điện ra bằng bộ góp [gồm 2 vành khuyên và chổi quét tì lên 2 vành khuyên].
– Tần số của dòng điện xoay chiều do máy phát ra:
f=np/60
Trong đó:
- p: Số cặp cực
- n [vòng/ phút]: Tốc độ quay của rôto
– Mối liên hệ giữa từ thông và suất điện động e:
Có đặc điểm tương tự như máy phát điện xoay chiều 1 pha, nhưng cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 3 pha có một vài điểm khác biệt. Stato của máy là phần ứng gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau, đặt lệch nhau 120 độ trên 1 vành tròn, Rôto là 1 nam châm điện.
Định nghĩa: dòng điện xoay chiều 3 pha là hệ thống gồm 3 dòng điện xoay chiều 1 pha được tạo ra từ 3 suất điện động cùng biên độ cùng tần số, lệch pha nhau từng đôi một một góc 2π/3.
Trên thực tế để nối điện từ máy phát điện xoay chiều 3 pha ra ngoài, người ta mắc mạch điện thành 2 cách: Hình sao và hình tam giác.
Với cách mắc hình sao, người ta đấu lại 3 điểm đầu của dây chập lại, 3 điểm còn lại tách ra 3 dây, 3 dây chập lại nối ra ngoài thành một sợi dây gọi là dây trung hòa [dây nguội], 3 sợi dây kia gọi là dây nóng
Với cách mắc tam giác, điểm đầu của cuộn này đấu với điểm cuối cuộn kia.
Bằng 2 cách mắc trên người ta tiết kiệm được rất nhiều dây dẫn.
Trong nhà máy, người ta ưu tiên sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha vì nó có 1 ưu thế đó là tạo ra từ trường quay để sử dụng cho động cơ không đồng bộ 3 pha.
Điện xoay chiều là một nguồn năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của chúng ta hiện nay. Điện xoay chiều được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực, và tùy vào lĩnh vực nào mà người ta sẽ sử dụng từng loại điện xoay chiều sao cho phù hợp.
Dòng điện xoay chiều 1 pha có công suất nhỏ nên thường được ứng dụng trong sinh hoạt hàng ngày. Dùng cho các thiết bị như: đồ điện gia dụng, máy bơm,…
Dòng điện xoay chiều 3 pha có công suất lớn và hiệu suất cao nên phù hợp truyền tải những thiết bị sản xuất công nghiệp. Rất hay được ứng dụng trong các ngành chăn nuôi, sản xuất, chế biến,…
Giải:
Hòa vào cùng một mạch điện tức là tần số của hai máy phát bằng nhau.
Giải:
f=np/60=60
Thay rô to bằng 1 rô to khác nhiều hơn 1 cặp cực
=> Số vòng quay giảm trong 1 giờ 7200 vòng
=> Trong 1 phút n’=7200/60=120 vòng/phút
Vì thiết bị chỉ hoạt động với tần số 60 Hz nên:
f’=n’*p’/60= [n-120]*[p+1]/60=60
Ta có:
f=np=60
f’=[n-120]*[p+1]/60=60
=> n=720 vòng/phút
p=5
Giải:
Giải:
Giải:
Xem thêm:
Lý thuyết + Bài tập: Mạch điện xoay chiều 3 pha
Lý thuyết cần biết về Động Cơ Không đồng bộ 3 pha
MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
1. Máy phát điện xoay chiều một pha
Máy phát điện xoay chiều một pha là một thiết bị để biến đổi cơ năng thành điện năng, hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ [từ thông qua cuộn dây thay đổi sinh ra suất điện động cảm ứng].
Cấu tạo máy phát điện xoay chiều một pha gồm hai bộ phận
- Phần cảm: là nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện để tạo ra từ trường
- Phần ứng: là các cuộn dây để sinh ra dòng điện
- Một trong hai bộ phận trên có thể là bộ phận đứng yên [stato] hoặc quay [rôto]
Với máy phát điện có công suất lớn thì rôto là phần cảm - gồm nhiều cặp cực, còn stato là phần ứng - gồm nhiều cuộn dây nối tiếp.
Hoạt động: Giả sử máy phát điện có \[p\] cặp cực, sẽ có \[2p\] cuộn dây tương ứng. Rôto quay đều với tốc độ \[n\] [vòng/s]. Khi đó, điện áp xoay chiều sinh ra có:
- Suất điện động cực đại: \[\boxed{E_0=\omega.N.BS}\]
- \[\omega=2\pi.f\]
- \[N\] là tổng số vòng dây, \[N=2p.N_0\][\[N_0\] là số vòng dây của một cuộn]
- \[B\] là cảm ứng từ của nam châm [đơn vị T - testla]
- \[S\] là tiết diện của vòng dây [đơn vị m2]
- \[B.S\] là từ thông cực đại qua một vòng dây.
- Tần số: \[\boxed{f=n.p}\]
2. Máy phát điện xoay chiều ba pha
- Gồm hai bộ phận chính:
- Stato: Ba cuộn dây giống hệt nhau, đặt lệch 1200 trên một khung tròn.
- Rôto: Là một nam châm điện có thể quay quanh trục của nó.
- Hoạt động
- Khi rôto quay đều với tốc độ góc \[\omega\], sinh ra 3 điện áp xoay chiều ở 3 cuộn dây đôi một lệch nhau \[120^0=\dfrac{2\pi}{3} rad\]
- Biểu thức: \[\begin{cases} e_1=E_0\sin[\omega t]\\ e_2=E_0\sin[\omega t+\dfrac{2\pi}{3}]\\ e_2=E_0\sin[\omega t-\dfrac{2\pi}{3}]\\ \end{cases}\]
- Điện áp này đặt vào mạch ngoài như nhau sẽ tạo ra ba dòng điện đôi một lệch pha \[\dfrac{2\pi}{3} \], gọi là dòng xoay chiều ba pha.
3. Cách mắc mạch ba pha
Đối với máy phát điện, hiện nay chỉ có một cách mắc hình sao: 3 đầu dây \[B_1,B_2,B_3\] chập lại tạo thành dây trung hòa; 3 dây pha là: \[A_1,A_2,A_3\].
- Điện áp giữa dây pha với dây trung hòa là: \[U_d\]
- Điện áp giữa hai dây pha là: \[U_p\]
- Mối liên hệ: \[U_d=\sqrt{3}U_p\]
Đối với tải tiêu thụ, có 2 cách mắc: Theo hình sao hoặc theo hình tam giác.
- Tải tiêu thụ mắc hình sao
Điện áp ở mỗi tải tiêu thụ bằng \[U_p\]
- Tải tiêu thụ mắc hình tam giác
Điện áp ở mỗi tải tiêu thụ bằng \[U_d=\sqrt{3}U_p\]