Máy phát điện xoay chiều - Tài liệu Vật lý 12

Khóa học Vật lí 12– Thầy ĐặngViệt Hùng
Máy phát in xoay chiu
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 1 -
I. MÁY PHÁT IN XOAY CHIU MT PHA
1. Nguyên tc hot ng máy phát in xoay chiu
a) Nguyên tắc hoạt động
Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện
m ột suất điện động cảm ứng xoay chiều.
Biểu thức của từ thông φ = NBSco s(ωt) Wb.
Biểu thức của suất điện động c ảm ứng e = – φ’ = ω NBSsin(ωt)
Đặt E
0
= ωNBS = ωφ
0
ta đư ợ c, e = E
0
sin(ωt) = E
0
cos(ωt – π/2) V
b) Có hai cách tạo ra suất điện độn g xo ay c hiều thường dùng trong các máy điện :
- T ừ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trườn g.
- T ừ trường quay, các vòng dây đặt cố định.
2. Máy phát in xoay chiu mt pha
a) Cấu tạo
Máy phát điện x oa y c hi ều 1 pha (còn gọi là máy dao điện) gồm 2 p h ần chính:
 Phn cm: Là nam châm dùng để tạo ra từ trường. Nam châm của phần cảm c ó t h ể là
nam châm vĩnh cữu hoặc nam châm điện.
 Phn n g: Là khung dây dẫn dùng để tạo ra dòng điện.
Một trong hai phần cảm v à p hần 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
Np
f
60
=
b) Hoạt động

Các máy phát
đ
i
ệ
n xoay chi
ề
u m
ộ
t pha có th
ể
ho
ạ
t
độ
ng theo hai các h :
- C á ch th
ứ
nh
ấ
t : ph

ầ
n
ứ
ng quay, ph
ầ
n c
ả
m c
ố

đị
nh.
- C á ch th
ứ
hai : ph
ầ
n c
ả
m q ua y , ph
ầ
n
ứ
ng c
ố

đị
nh.
Các máy ho
ạ
t

độ
ng theo cách th
ứ
nh
ấ
t có stato là nam châm
đặ
t c
ố

đị
nh, rôto là khung
dây quay quanh m
ộ
t tr
ụ
c trong t
ừ
tr
ườ
ng t
ạ
o b
ở
i stato.
Để
d
ẫ
n dòng
đ

i
ệ
n ra m
ạ
ch ngoài, ng
ườ
i ta dùng hai vành khuyên
đặ
t
đồ
ng tr
ụ
c và cùng quay v
ớ
i khung dây. M
ỗ
i vành
khu yên có m
ộ
t thanh quét tì vào. Khi khung dây quay, hai vành khuyên tr
ượ
t trên hai thanh quét, dòng
đ
i
ệ
n truy
ề
n t
ừ
khu ng dâ y qua hai than h qu ét ra ngoài. Cá c má y ho

ạ
t
độ
ng theo cách th
ứ
hai có rôto là nam châm, th
ườ
ng là nam
châm
đ
i
ệ
n
đượ
c nuôi b
ỏ
i dòng
đ
i
ệ
n m
ộ
t chi
ề
u; stato g
ồ
m n hi
ề
u cu
ộ

n dây có lõi s
ắ
t, x
ế
p thành m
ộ
t vòng tròn. Các cu
ộ
n
dây c
ủ
a rôto c
ũ
ng có lõi s
ắ
t và x
ế
p thành vòng tròn, quay quanh tr
ụ
c qua tâm vòng tròn.
Hình 1. Sơ đồ máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng quay, phần c ảm cố định
Ví d 1: Mt máy phát in xoay chiu 1 pha có rôto gm 4 cp c c t, mun tn s dòng in xoay chiu phát
ra là 50 Hz thì rôto phi quay vi tc   là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
(TÀI LIỆU BÀI GIẢNG)
Giáo viên: NG VIT HÙNG
Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài ging Dòng in xoay chiu
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt

Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 2 -
Áp dụng công thức
f 50
f np n 12,5(vòng/s) 750(vòng/phút)
p 4
= ⇒ = = = =

Ví d 2: Mt máy phát in xoay chiu 1 pha có 4 cp cc rôto quay vi tc  900vòng/phút, máy phát in
th hai có 6 cp cc. Hi máy phát in th hai phi có tc  là bao nhiêu thì hai dòng in do các máy phát
ra hòa vào cùng mt mn g in
Hướng dẫn giải:
Để hai máy phát hòa vào đư ợ c cùng một mạng điện thì chúng phải cùng tần số
Khi đó
1 1 2 2 1 1
1 2
2
N p N p N p
900.4
f N 600(vòng/phút).
60 60 p 6
= = ⇒ = = =

Ví d 3: Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn cm là rôto gm 4 cp cc (4 cc nam và 4 cc bc).  
sut in ng do máy này sinh ra có tn s 50 Hz thì rôto phi quay vi tc .
A. 480 vòng/phút. B. 75 vòng/phút. C. 25 vòng/phút. D. 750 vòng/phút.



Ví d 4: (Trích  thi H – 2011)

Mt máy phát in xoay chiu mt pha có phn ng gm bn cun dây ging nhau mc ni tip. Sut in n g
xo a y c h i u do máy phát sinh ra có tn s 50 H z v à g iá t r  hiu dng
100 2 V
. T
thông c

c

i qua m

i vòng
dây c

a ph

n

ng là 5/
π
mWb. S

vòng dây trong m

i cu

n dây c

a ph

n


ng là
A. 71 vòng. B. 100 vòng. C. 400 vòng. D. 200 vòng.
Hướng dẫn giải:
1
01 01 1 01 1v
3
1v
E
E E 100 2
E 2
π f E 2 N . N 100
5
2πf 4 2πf 4 2πf
.10 .4 2π .50
π
−
= Φ = ⇔ Φ = = = Φ ⇔ = = =
Φ
vòng.
Ví d

5: Ph

n c

m c

a m


t máy phát

i

n xoay chi

u g

m 2 c

p c

c. V

n t

c quay c

a rôto là 1500 vòng/phút.
Ph

n

ng c

a máy phát g

m 2 cu

n dây nh

ư
nhau m

c n

i ti

p. Tìm s

vòng c

a m

i cu

n dây bi

t r

ng t

thông c

c

i qua m

i vòng dây là 5 mWb và su

t


i

n

ng hi

u d

ng máy t

o ra là 120 V?
A. 26 B. 54 C. 28 D. 29




Ví d

6: (Trích

thi

H – 2010)
M

t

ng c
ơ


i

n xoay chi

u khi ho

t

ng bình th
ư
ng v

i

i

n áp hi

u d

ng 220 V thì sinh ra công su

t c
ơ
h

c là 170 W. Bi


t

ng c
ơ
có h

s

công su

t 0,85 và công su

t to

nhi

t trên dây qu

n

ng c
ơ
là 17 W. B

qua
các hao phí khác, c
ư
ng

dòng


i

n c

c

i qua

ng c
ơ
là
A.
2A.
B. 1 A. C. 2 A. D.
3A.




Ví d

7: M

t máy phát

i

n xoay chi


u m

t pha. Ph

n c

m g

m 2 c

p c

c quay v

i t

c

1500 vòng/phút,
ph

n

ng g

m 4 cu

n dây nh
ư
nhau m


c n

i ti

p. T

thông c

c

i qua m

i vòng dây là 5.10
-3
Wb, su

t

i

n

ng hi

u d

n g m á y t

o ra là 120 V. S


vòng dây c

a m

i cu

n là
A. 108. B. 200. C. 27. D. 50.



Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài ging Dòng in xoay chiu
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 3 -

Ví d 8: Phn cm ca máy phát in xoay chiu có hai cp cc. Các cun dây ca phn ng mc ni tip và có
s vòng tng cng là 240 vòng. Bit sut in ng có giá tr hiu dng là 220 V, tn s f = 50 Hz. T thông cc
i qua mi vòng dây và tc  quay ca rôto có giá tr nào sau ây?
A. n = 50 vòng/giây,
−
Φ =
3
0
1
.10 Wb.
2π
B. n = 20 vòng/giây,

−
Φ =
3
0
2
.10 Wb.
π
Wb
C. n = 25 vòng/giây,
−
Φ =
3
0
3, 24
.10 Wb.
π
Wb D. n = 250 vòng/giây,
−
Φ =
3
0
1 , 2
.10 Wb.
π
Wb

II. MÁY PHÁT IN XOAY CHIU 3 PHA
1. Máy phát in xoay chiu 3 pha
a) Khái niệm:
Là máy tạo ra 3 suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần sồ, cùng biên độ và lệch pha nhau 120
0
từng đôi một.
Biểu thức của suất điện động ở ba cuộn dây tương ứng là:
( )
1 0 2 0
3 0 0
2π
e E os ωt ;e E os ωt
3
4
π 2π
e E os ωt E os ωt
3 3
c c
c c
 
= = −
 
 
   
= − = +
   
   
b) Cấu tạo:
Phn cm : là nam châm quay xung quanh 1 trục dùng để tạo ra từ

trường (hay còn gọi là Rôto).
Phn ng : g ồm 3 c uộn dây dẫn giống nhau lệch nhau 120
0
tức là

1/3
vòng tròn (hay còn gọi là Stato).
c) Nguyên tắt hoạt động:
Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi rôto quay từ thông qua các
cuộn dây biến thiên điều hòa trong các cuộn dây xuất hiện suất điện
động xoay chiều.
Giả sử tại thời điểm t = 0 từ thông gởi qua cuộn 1 cực đại. Sau thời gian bằng T/3 từ thông qua cuộn 2 cực đại. Sau
thời gian T/3 nữa từ thông qua cuộn 3 cực đại. Vậy từ thông qua các cuộn
dây lệch nhau về thời gian là T/3 hay về pha là 120
0
.
Khi nối các đầu của 3 đầu cuộn dây với 3 mạch ngoài giống nhau thì 3
dòng điện trong các mạch đó có cùng tần số, biên độ nhưng cũng lệch pha
nhau 120
0
.
Biểu thức của các dòng dòng điện tương ứng là:
( )
1 0 2 0 3 0 0
2
π 4π 2π
i I cos ωt ;i I cos ωt ;i I cos ωt I cos ωt
3 3 3
     
= = − = − = +

     
     
Dòng điện trong mỗi cuộn dây được coi như dòng điện xoay chiều 1 pha.
Máy phát ba pha được nối với ba mạch tiêu thụ điện năng (hay còn gọi là các tải tiêu thụ). Xét các tải đối xứn g (cùng
điện trở, dung kháng, cảm k h án g) .
2. Các sơ  mc ti 3 pha i xng
a) Cách mắc hình sao:
- Ba điểm đầu A
1
, A
2
, A
3
của các cuộn dây 1, 2, 3 được nối với 3
m ạch ngoài bằng 3 dây dẫn khác nhau gọi là dây pha. Ba điểm cu ối
B
1
, B
2
, B
3
của các cuộn dây được nối với nhau bằng một dây dẫn
chung rồi nối với mạch ngoài gọi là dây trung hòa.
- Cường độ tức thời trên dây trung hòa i = i
1
+ i
2
+ i
3
. Nếu các tải

Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài ging Dòng in xoay chiu
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 4 -
đối xứng thì i = 0.
- Gọi hiệu điện thế giữa một dây pha và một dây trung hòa

là hiệu điện thế pha U
P.
Gọi hiệu điện thế giữa hai dây pha là hiệu điện thế dây U
d

Ta có hệ thức sau :
d p
d p
U 3U
I I

=


=


b) Cách mắc hình tam giác
Đ
i
ể
m c u

ố
i c
ủ
a cu
ộ
n dây 1
đượ
c n
ố
i v
ớ
i
đ
i
ể
m
đầ
u c
ủ
a cu
ộ
n
dây 2,
đ
i
ể
m c u
ố
i c
ủ

a cu
ộ
n 2
đượ
c n
ố
i v
ớ
i
đ
i
ể
m
đầ
u c
ủ
a cu
ộ
n 3,
đ
i
ể
m c u
ố
i c
ủ
a cu
ộ
n 3 n
ố

i v
ớ
i
đ
i
ể
m
đầ
u c
ủ
a cu
ộ
n 1. Các
đ
i
ể
m n
ố
i
đượ
c n
ố
i v
ớ
i m
ạ
ch ngoài b
ằ
ng 3 dây pha. T
ả

i tiêu th
ụ
c
ũ
ng
đượ
c
m
ắ
c theo hình tam giác.
Ta có:
d p
d p
U U
I 3 I
=



=


Chú ý: Khi tính toán về máy phát điện xoay chiều 3 pha thì chúng ta tính toán trên từng pha với điện áp là U
P
.
Ví d 1: Mt máy phát in ba pha có tn s f = 50 Hz.
1) Cun dây phn ng mc hình sao. Bit in áp gia mi dây pha và dây trung hoà là U
P
= 220 V. Tìm in
áp gia mi dây pha vi nhau.

2) Ta mc mi ti vào mi pha ca mng in : T i Z
1
( R, L ni tip ) mc vào pha 1; ti Z
2
( R, C ni tip ) m c
vào pha 2, ti Z
3
(RLC ni tip) mc vào pha 3. Cho
−
= = =
2
R 6
Ω ; L 2,55.10 H; C 306 µF.
Tính:
a) Cưng  dòng in trên mi ti tiêu th.
b) Công sut tiêu th ca mi ti và công sut ca máy phát.
Hướng dẫn giải:
1) Do h
ệ

đư ợ
c m
ắ
c theo s
ơ

đồ
hình sao nên
đ
i

ệ
n áp m
ỗ
i dây pha v
ớ
i nhau U
d
th
ỏ
a mãn
d p
U 3U 220 3V
= =
2) T
ừ
gi
ả
thi
ế
t ta tính
đượ
c các thông s
ố
trên m
ỗ
i t
ả
i tiêu th
ụ
: R = 6

Ω
, Z
L
= 8
Ω
, Z
C
= 10
Ω
.
T
ổ
ng tr
ở
t
ươ
ng
ứ
ng trên m
ỗ
i t
ả
i là :
2 2
1 L
Z R Z 10
= + = Ω
;
2 2
2 C

Z R Z 12
= + = Ω
;
( )
2
2
3 L C
Z R Z Z 2 10
= + − = Ω
a) Khi
đ
ó c
ườ
ng
độ
dòng
đ
i
ệ
n trên m
ỗ
i t
ả
i (hay trên m
ỗ
i pha) tiêu th
ụ
là
p
1

1
U
220
I 22A
Z
=
10
= =
;
p
2
2
U
220
I 18,3A
Z
=
12
= ≈
;
p
3
3
U
220
I 34,7A
Z
=
2 10
= ≈

b)
Công suất tiêu thụ trên mỗi tải tiêu thụ
là: P
1
= I
1
2
.R = 22
2
.6 = 2904 W
P
2
= I
2
2
.R = 18,3
2
.6 = 2099 W
P
3
= I
3
2
.R = 34,7
2
.6 = 7224 W
Khi đó công suất tiêu thụ của hệ chính là tổng công suất tiêu thụ trên mỗi tải tiêu thụ.
Ta có P = P
1

+ P
2
+ P
3
= 2904 + 2009 + 7224 = 12137 W.
Ví d 2: Mt ng cơ không ng b ba pha có công sut 2208 W ưc mc hình sao vào mng in xoay chiu
ba pha có hiu in th dây 190 V, h s công sut ca ng cơ bng 0,7. Hiu in th pha và công sut tiêu th
ca mi cun dây là
A. U
p
= 110V, P
1
= 7360 W. B. U
p
= 110 V, P
1
= 376 W.
C. U
p
= 110V, P
1
= 3760 W. D. U
p
= 110 V, P
1
= 736 W.



Ví d 3: Trong máy phát in xoay chiu ba pha an g hot n g , s u t in ng xoay chiu xut hin trong

mi cun dây ca stato có giá tr cc i là E
0
. Khi sut in ng tc thi trong mt cun dây bng 0 thì sut
in ng tc thi trong mi cun dây còn li có  ln bng nhau và bn g
A.
.
0
E 3
2
B.
.
0
2E
3
C.
.
0
E
2
. D.
.
0
E 2
2

Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài ging Dòng in xoay chiu
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 5 -

Ví d 4: Mt ng cơ in xoay chiu có in tr dây cun là 16 . Khi mc vào mch in có in áp h iu
dng 220 V thì sn ra công sut cơ hc là 160 W. Bit ng cơ có h s c ô ng su t 0,8. B qua các hao phí khác.
Hiu sut ca ng cơ là
A. 80%. B. 85%. C. 91%. D. 98%.




Ví d 5: Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều một pha chỉ có R và cuộn dây thuần cảm . Bỏ qua điện trở các dây
nối. Khi Rôto quay với tốc độ n vòng/phút thì cường độ dòng điện qua máy là 1 A. Khi Rôto quay với tốc độ 3n
vò n g/ ph ú t t hì c ường độ là
3A.
K h i R ôt o q u ay vớ
i t
ố
c
độ
2n vòng/phút thì c
ả
m kh á n g c
ủ
a m
ạ
ch là bao nhiêu?
A.
R
.

3
B.
2R
.
3
C .
2R 3.
D.
R 3.







Ví d 6: Một máy phát điện xoay chiều một pha có một cặp cực, mạch ngoài được nối với một mạch RLC nối tiếp
gồm c uộn thuần cảm có độ tự cảm
10
L
(H)
25
π
= , tụ điện C và điện trở R. Khi máy phát điện quay với tốc độ 750
vòn g/ ph út thì dòng điện hiệu dụng qua mạch là
2A
; khi máy phát điện quay với tốc độ 1500 vòng/phút thì trong
mạch có cộng hưởng và dòng điện hiệu dụng qua mạch là 4 A. Giá trị của điện trở thuần R và tụ điện C lần lượt là
A.
3

10
R 25
Ω
;C
(F).
25
π
−
= = B.
3
10
R 30
Ω
;C
(F).
π
−
= =
C.
3
2.10
R 15
Ω
;C
(F).
π
−
= = D.
4
4.10

R 30
Ω
;C
(F).
π
−
= =









Giáo viên
: ng Vit Hùng
Ngun : Hocmai.vn