Giải Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều

79 lượt xem

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Máy phát điện xoay chiều lớp 12.

Bài giảng Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều

Giải bài tập Vật Lí Lớp 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 92 SGK Vật Lí 12: Nhắc lại nguyên tắc chung tạo ra dòng điện xoay chiều.

Lời giải:

Nguyên tắc:

- Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Cho khung dây dẫn quay quanh trục cố định trong một từ trường đều B có phương vuông góc trục quay.

- Từ thông qua khung biến thiên, trong khung xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều.

Trả lời câu C2 trang 92 SGK Vật Lí 12: Chứng minh công thức 17.1 SGK. Một máy phát điện quay 600 vòng/ phút có 5 đôi cực, sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều với f bằng bao nhiêu.

Lời giải:

Chứng minh f = np:

Giả sử phần cảm có p nam châm (p cực Bắc và p cực Nam), quay với tần số n vòng/s.

Khi roto quay, đầu trên một cực Bắc quay qua một cuộn dây, rồi đến cực Nam, sau đó đến cực Bắc thứ hai.

Từ thông qua một cuộn dây biến thiên tuần hoàn với chu kì bằng thời gian để một cực Bắc đi từ một cuộn dây đến cuộn dây kế tiếp theo.

Trong một chu kì quay của roto, có p lần chu kì của dòng cảm ứng, ta có:

$T = \frac{1}{f} = \frac{1}{n p} \Rightarrow f = n p$

+ Áp dụng tính f: n = 600 vòng/phút = 10 vòng/s; p = 5 cặp cực

→ f = n.p = 10.5 = 50Hz

Trả lời câu C3 trang 93 SGK Vật Lí 12: Chứng minh công thức (17.3)

Lời giải:

Chứng minh Udây $= \sqrt{3} U_{p h a}$

Dùng giản đồ vecto

U01 = U02 = U03 là các biên độ của hiệu điện thế pha.

Hiệu điện thế dây từ A2 đến A1 là

$u_{d} = u_{2} - u_{1} \Rightarrow {\vec{U}}_{0 d} = {\vec{U}}_{02} - {\vec{U}}_{01}$

Theo quy tắc cộng vecto (hình bình hành)

Ta có: $U_{0 d} = 2 \cos \frac{60^{o}}{2} = U_{01} . \sqrt{3}$

Vậy $U_{d} = \sqrt{3} U_{p}$

Câu hỏi và bài tập (trang 94 SGK Vật Lí 12)

Bài 1 trang 94 SGK Vật Lí 12: Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào?

Lời giải:

Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ . Khi từ thông xuyên qua một khung dây kín biến thiên thì trong khung xuất hiện một suất điện động cảm ứng.

Bài 2 trang 94 SGK Vật Lí 12: Phân biệt dòng một pha với dòng ba pha.

Lời giải:

- Dòng xoay chiều một pha là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cos.

- Dòng ba pha là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha với nhau 2π/3 từng đôi một.

Bài 3 trang 94 SGK Vật Lí 12: Trong máy phát điện xoay chiều một pha, từ trường quay có vectơ $\vec{B}$ 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/giây; B. 20 vòng/giây;

C. 5 vòng/ giây; D. 100 vòng/ giây

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức: n (vòng/phút) = n/60 (vòng/s)

Lời giải:

n = 300 vòng/phút = 300/60 (vòng/s) = 5 (vòng/s)

=> Đáp án C

(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)

Bài 4 trang 94 SGK Vật Lí 12: 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 dòng điện luôn bằng 0 (đường dây trung hòa).

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về máy phát điện xoay chiều 3 pha

Lời giải:

Giải Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều (ảnh 1)

Vì ba tải đối xứng nên ba vecto quay của ba dòng điện trong các tải đó có dạng như hình 17.2. Dòng điện qua dây trung hòa là tổng của ba dòng điện qua ba tải.

Do tính đối xứng ta có : $\vec{I_{1}} + \vec{I_{2}} + \vec{I_{3}} = \vec{0}$

Vậy dòng điện qua dây trung hòa bằng 0.

Lý thuyết Bài 17: Máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều một pha

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:

Giải Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều (ảnh 3)

+ 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 $f = n p$ trong đó: n (vòng/s), p: số cặp cực.

Nếu N (vòng/phút) thì tần số $f = \frac{N p}{60}$

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 $2 π$ /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 $ω$

Khi đó trên 3 cuộn dây xuất hiện 3 dòng điện xoay chiều có cùng tần số góc $ω$ , 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:

Giải Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều (ảnh 4)

Mắc hình sao: $U_{d} = \sqrt{3} U_{p}, I_{d} = I_{p}$

Giải Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều (ảnh 5)

Mắc hình tam giác: $U_{d} = U_{p}, I_{d} = \sqrt{3} I_{p}$

Giải Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều (ảnh 7)

Công suất của dòng điện 3 pha: $P = 3 U_{p} I_{p} c o s φ$

* 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.

Sơ đồ tư duy về máy phát điện xoay chiều

Giải Vật Lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều (ảnh 8)

Giải SGK, SBT, Chuyên đề Vật Lý Lớp 12