Giải bài tập SGK Vật lý 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều

Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào ?

Phương pháp giải

Cấu tạo máy phát điện xoay chiều:

- Đầu phát được cấu tạo từ 2 bộ phận chính là phần cảm (roto) và phần ứng (stato)

- 2 bộ phận nhỏ này phối hợp làm việc nhịp nhàng với nhau tạo ra chuyển động giữa điện từ và điện

⇒ Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Hướng dẫn giải

- Nguyên tắc hoạt động của các máy điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

- Khi từ thông xuyên qua một khung dây kín biến thiên thì trong khung dây xuất hiện một dòng điện cảm.

Phân biệt dòng điện một pha với dòng ba pha.

Phương pháp giải

Chúng ta cũng có thể hiểu, dòng điện 3 pha chính là một hệ thống gồm có 3 dòng điện xoay chiều 1 pha và khác nhau về độ lệch pha của các dòng điện.

Hướng dẫn giải

- Dòng 1 pha: là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật hàm số sin hay côsin.

- Dòng 3 pha: là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều một pha có cùng tần số nhưng lệch pha nhau 120^o từng đôi một.

Như vậy dòng điện một pha là một thành phần trong hệ thống dòng xoay chiều 3 pha.

Trong máy phát điện xoay chiều một pha, từ trường quay có vecto 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/s

B. 20 vòng/s

C. 5 vòng/ s

D. 100 vòng/s

Phương pháp giải

- Ở đây bài hỏi về tốc độ quay của từ trường nên không được nhầm lẫn với tần số dòng xoay chiều sinh ra là f = p.n, p là số cặp cực từ.

- Đổi đơn vị từ vòng/ phút về vòng/s.

Hướng dẫn giải

- Tốc độ quay của từ trường: n = 300 vòng/phút = 300/60 = 5 (vòng/s)

- Chọn đáp án C.

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 bằng không (đường dây trung hòa).

Phương pháp giải

- Áp dụng tính chất của máy phát ba pha mắc theo hình sao và ba dây tải cũng mắc theo hình sao thì các dòng điện lệch nhau góc 2π/3 ( 120⁰)

- Viết biểu thức cường độ dòng điện: i= I₀cosωt cho mỗi tải

- Biểu thức cường độ dòng điện trung hòa: i= i₁+ i₂ + i₃

- Sử dụng phương pháp cộng vecto và giản đồ vecto như hình dưới đây và tìm được giá trị i = 0

Hướng dẫn giải

 - Khi các suất điện động và tải đối xứng đều mắc hình sao thì dòng điện trong các tải có cùng biên độ, tần số, và các dòng đôi một lệch pha nhau góc 2π/3.

- Biểu thức cường độ dòng điện trong tải 1 là: 

i₁ = I₀.cosωt

- Biểu thức cường độ dòng điện trong tải 2 là: 

 i₂ = I₀.cos(ωt - 2π/3)

- Biểu thức cường độ dòng điện trong tải 3 là:

 i₃ = I₀.cos(ωt + 2π/3)

- Cường độ dòng điện trong dây trung hòa là:

i = i₁ + i₂ + i₃ = I₀.cosωt+ I₀.cos(ωt - 2π/3) + I₀.cos(ωt + 2π/3)

- Cộng ba hàm điều hòa trên bằng giản đồ vectơ:

+ Ta thấy: \(\overrightarrow {{I_{02}}} + \overrightarrow {{I_{03}}} = \overrightarrow {{I_{023}}} \)  vì \(\left( {\overrightarrow {{I_{02}}} ;\overrightarrow {{I_{03}}} } \right) = \frac{{2\pi }}{3},\,I{}_{02} = {I_{03}} = {I_0}\)

+ Nên I₀₂₃ = I₀ = I₀₁ và   \(\overrightarrow {{I_{023}}} \nearrow \swarrow \overrightarrow {{I_{01}}} \to \overrightarrow {{I_{01}}} + \overrightarrow {{I_{02}}} + \overrightarrow {{I_{03}}} = 0 \to i = 0\)