CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TÍCH HỢP MÁY PHÁT ĐIỆNXOAY CHIỀU BA PHA NHIỀU CẶP CỰC – ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAYCHIỀU BA PHA – MẠCH TẢI SAO, TAM GIÁC – MÁY BIẾN ÁP

Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TÍCH HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN
XOAY CHIỀU BA PHA NHIỀU CẶP CỰC – ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY
CHIỀU BA PHA – MẠCH TẢI SAO, TAM GIÁC – MÁY BIẾN ÁP
SỬ DỤNG TRONG VIỆC XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM DÙNG TRONG
DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ ĐIỆN XOAY CHIỀU

Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Võ Thanh Việt1, Tưởng Duy
Hải 2
email:
Khoa Vật Lí – trường Đại học Sư phạm Hà Nội

TÓM TẮT
Cấu tạo của thiết bị:
- Các cuộn dây với số vòng 1000 vòng được cuốn trên lõithép.
- Các roto có số cặp cực khác nhau
- Động cơ điện một chiều 24V
- Thiết bị cảm biến tần số
- Nguồn điện một chiều
- Đồng hồ đa năng
- Động cơ đồng bộ ba pha
- Động cơ không đồng bộ ba pha
 Với bộ thiết bị trên, chúng tôi đã tiến hành được 20 phương án thí nghiệm có
thể sử dụng trong giảng dạy 8 nội dung kiến thức:
1. Thí nghiệm khảo sát suất điện động đầu ra của các mơ hình máy phát điện
xoay chiều chế tạo được.
2. Thí nghiệm khảo sát tần số f của dịng điện xoay chiều vào tốc độ quay của
.roto.
3. Thí nghiệm khảo sát tần số dòng điện phụ thuộc vào số cặp cực của roto.
4. Thí nghiệm dạy học phần tổng hợp dao động điện.
5. Thí nghiệm khảo sát mạch sao – tam giác.

6. Thí nghiệm khảo sát máy biến áp.
7. Thí nghiệm khảo sát động cơ đồng bộ ba pha.
8. Thí nghiệm khảo sát động cơ không đồng bộ ba pha.
1


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

I.

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài: Vật lý học là môn khoa học thực nghiệm. Để tạo điều kiện
cho học sinh nắm vững chính xác, sâu sắc các kiến thức, phát triển năng lực nhận
thức và hình thành nhân cách của học sinh thì việc sử dụng thí nghiệm vào trong
giảng dạy học tập là điều khơng thể thiếu. Vì vậy chúng tôi đã quyết định chọn
đề tài “ Chế tạo bộ thí nghiệm thực hành máy phát điện xoay chiều ba pha nhiều
cặp cực để sử dụng trong việc xây dựng các thí nghiệm dùng trong dạy học cá
kiến thức về điện xoay chiều”
Thực trạng:
Hiện nay ở trường THPT đã có bộ thí nghiệm về máy phát điện xoay chiều ba
pha nhưng còn nhiều hạn chế khi chỉ dừng lại ở việc quan sát, hình dung nguyên
tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha, mắc mạch điện hình sao – tam
giác mà chưa khảo sát được suất điện động đầu ra của máy phát điện xoay chiều
ba pha, khảo sát tần số dòng điện xoay chiều theo số cặp cực và tốc độ quay của
roto, khảo sát tần số dòng điện phụ thuộc vào số cặp cực của roto, ứng dụng
trong thực tế. Nhận thấy được điều đó nhóm chúng tơi đã đi đến suy nghĩ cần chế
tạo ra một bộ thí nghiệm thực hành máy phát điện xoay chiều ba pha nhiều cặp
cực có thể đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu, thí nghiệm về máy phát điện xoay
chiều ba pha và các ứng dụng của nó.
Vì vậy chúng tơi đã quyết định chọn đề tài “ Chế tạo bộ thí nghiệm thực hành

máy phát điện xoay chiều ba pha nhiều cặp cực để sử dụng trong việc xây dựng
các thí nghiệm dùng trong dạy học cá kiến thức về điện xoay chiều”

II.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Chế tạo bộ thí nghiệm thực hành tích hợp máy phát điện xoay chiều ba
pha nhiều cặpcực – động cơ điện xoay chiều ba pha – mạch tải sao tam
giác.
1.1. Máy phát điện xoay chiều ba pha nhiều cặpcực.
1.1.1. Các roto có số cặp cực thayđổi:
a) Mơ hình hình vẽ:

2


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Hình 1: Roto một cặp cực

Hình 2 : Roto hai cặp cực

Hình 3: Roto ba cặp cực.

Hình 4: Roto bốn cặp cực.

b) Hình chế tạođược:

Hình 5: Roto 1 cặp cực

Hình 6: Roto 2 cặp cực
3


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Hình 7: Roto 3 cặp cực

Hình 8: Roto 4 cặp cực

1.1.2. Máy đo tần số:
a. Mạch cảm biến của máy đo tầnsố:

Hình 9: Mạch cảm biến tần số
b. Mơ hình chế tạo đơn giản:

Hình 10 : Máy đếm tần số
4


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
1.1.3. Hộp mô tơ quay rô to với mặt chia độ:
Hộp chứa 1 mô tơ điện 1 chiều để quay rô to sử dụng nguồn điện 1 chiều ở
phịng thí nghiệm và bề mặt để đặt 3 cuộn dây của máy phát được khắc vịng chia
độ có gắn 3 kim định vị để điều chỉnh chính xác góc lệch giữa 3 cuộn dây.
1.1.4. Các cuộn dây của máy phát điện:
-

Ba cuộn dây 1000 vòng được quấn trên lõi thép.

- Một cuộn dây có 4 cấp: 200 – 600 – 800 – 1000 vòng được quấn trên lõi thép.
1.2.

Động cơ đồng bộ ba pha và động cơ không đồng bộ ba pha:

Gồm:
-

3 cuộn dây 650 vòng được cuốn trên lõi thép (1).

-

Kim la bàn dùng làm rô to động cơ đồng bộ ba pha (2).

-

Khung nhôm gắn trục quay dùng làm rô to động cơ không đồng bộ ba pha (3).

-

Mạch đếm xung để đo tốc độ quay của rô to (4).

-

Đế chia góc để đặt và điều chỉnh chính xác góc lệch giữa 3 cuộn dây của động
cơ (5).

Hình 13 : Bộ thiết bị mơ hình động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ 3 pha.
1.3. Mạch điện sao, tam giác:
Gồm:

- Bảng mạch tích hợp mơ hình tải cân bằng và không cân bằng sao và tam giác
sử dụng các điện trở nhỏ.
- Bảng mạch tích hợp mơ hình tải sao và tải tam giác sử dụng các đèn led.
Hình 13 : Mạch sao – tam giác.
1.4.

Mơ hình máy biến áp:

-

Cuộn sơ cấp 25 vịng.

-

Cuộn thứ cấp có 3 cấp vịng: 50-75-100.
Hình 13 : Mơ hình máy biến áp.

1.5.

Các thiết bị phịng thí nghiệm sử dụng kèm theo:

-

Nguồn điện một chiều.

-

Đồng hồ đa năng.

-

Dao động kí điện tử.

5


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
Hình 11: Tổng thể bộ thí nghiệm thực hành tích hợp phát điện xoay chiều ba pha
nhiều cặp cực – động cơ điện xoay chiều ba pha – mạch tải sao tam giác.
- Các cuộn dây có số vịng là 1000 (1), được cuốn trên lõithép.
- Các cuộn dây có số vòng nhiều cấp 400 – 600 – 800 – 1000(2), được cuốn trên
lõithép.
- Các roto có số cặp cực khác nhau(3).
- Động cơ điện một chiều 24V(4).
- Thiết bị cảm biến tần số(5).
- Nguồn điện một chiều(6).
- Đồng hồ đa năng(7)
- Dao động kí(8)
- Dây nối(9)
2. Các thí nghiệm được tiến hành với bộ thí nghiệm thực hành máy phát
điện xoay chiều ba pha nhiều cặp cực chế tạođược:
2.1. Thí nghiệm khảo sát giá trị suất điện động đầu ra của máy phát điện
xoay chiều phụ thuộc vào tốc độ quay của roto và số vòng dây (Sử dụng
dạy mục 1, bài 30, SGK Vật lí nâng cao 12).
2.1.1. Thí nghiệm khảo sát giá trị suất điện động đầu ra của máy phát điện
xoay chiều phụ thuộc vào tốc độ quay của roto.
a. Mục đích thínghiệm:
Nghiên cứu mối liên hệ giữa giá trị suất điện động đầu ra e ( V ) và tốc độ
quay n ( vòng /s ) của roto.
b. Cơ sở lí thuyết:

Suy luận lí thuyết : Tần số f của dòng điện xoay chiều được xác định
bằng biểu thức: f = np , với n (vòng/s) là tốc độ quay của roto và p là số cặp
cực của roto.
c. Dụng cụ thí nghiệm
- Máy phát điện xoay chiều 3 pha.
- Bộ nguồn một chiều 6-24 V.
- Dao động kí điện tử hoặc đồng hồ vạn năng.
d. Bố trí thí nghiệm:
- Sử dụng các roto và cuộn dây, bố trí cốđịnh.
-

Cố định roto, thay đổi tốc độ quay củaroto.

-

Sử dụng đồng hồ vạn năng hoặc dao động kí điện tử để xác định giá trị hiệu
dụng của suất điện động đầu ra.( Hai hình bố trí 2 TH)

e. Tiến hành thí nghiệm : Tiến hành thí nghiệm thay đổi tốc độ quay của roto
bằng cách điều chỉnh điện áp trên bộ nguồn một chiều.

6


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Hình 17: Thí nghiệm khảo sát giá trị suất điện động đầu ra của máy phát
điện xoay chiều phụ thuộc vào tốc độ quay của roto
f. Kết quả thí nghiệm:
Bảng 1: Kết quả thí nghiệm khảo sát suất điện động đầu ra vào tốc độ

quay n của roto, trường hợp p =2, khoảng cách d = 2.5 cm.

-

Lầnđo

U(V)

n(vòng/s)

T¯(s)

∆T(s)

1

12

17,77

0,028

5.10

2

14

21,76

0,023

5.10

3

16

25,88

0,019

5.10

4

18

29,6

0,0168

5.10

5

20

33,19

0,0153

5.10

6

24

41,33

0,012

5.10

-4
-4
-4
-4
-4
-4

Kết luận chung : Tần số dịng điện tỉ lệ tuyến tính với tốc độ quay của roto khi số
cặp cực được giữ nguyên khơngđổi.
2.1.2. Thí nghiệm khảo sát suất điện động dịng điện xoay chiều theo số
vòng dây của cuộn dây( Sử dụng dạy mục 1, bài 30, SGK Vật lí nâng
cao 12).
a. Mục đích thínghiệm:
Nghiên cứu mối liên hệ giữa suất điện động đầu ra e ( V ) và số vòng dây
trên cuộn dây.
7

Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
b. Cơ sở lí thuyết:
Suy luận lí thuyết : biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:

Đặt

:Suất điện động cực đại

Đơn vị :e,E0 (V)
Như vậy suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây tỉ lên thuận với
số vịng dây trên cuộn
c. Bố trí thí nghiệm:
- Sử dụng các roto và cuộn dây có các đầu ra ứng với số vòng dây khác nhau
( 400 - 600 - 800 - 1000), bố trí cốđịnh.
-

Cố định roto, tốc độ quay của roto, thay đổi đầu lấy nguồn điện ra ứng với sơ
vịng dây khác nhau

-

Sử dụng đồng hồ đa năng xác định giá trị của suất điện động của nguồn ra,

d. Tiến hành thí nghiệm :
-

Tiến hành thí nghiệm lần lượt với các roto, tốc độ quay, bất kì. , thay đổi đầu
lấy nguồn điện ra ứng với số vòng dây khác nhau, ghi số liệu

Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của suất điện động vào số vịng dây.

Hình 17: TN khảo sát sự phụ thuộc của f vào n khi p = const.
e. Kết quả thí nghiệm:
Bảng 2: Kết quả thí nghiệm khảo sát suất điện động cảm ứng với số vòng
8


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
dây khác nhau, trường hợp p =2, tốc độ quay không đổi.
N ( số vòng dây)

Lần
đo

1 (400)

 2 (600)

3 (800)

 4 (1000)

1

1.16

1.75

2.34

2.93

2

1.16

1.76

2.35

2.92

3

1.16

1.75

2.33

2.91

4

1.17

1.76

2.35

2.92

5

1.17

1.77

2.34

2.93

TB

1.16

1.76

2.34

2.92

Đồ thị sự phụ thuộc suất điện động c ảm ứng vào số vòng dây
3.5
3
2.5
2
1.5
1

0.5
0
300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

- Kết luận: Suất điện động e phụ thuộc tuyến tính vào số vịng dây.

2.1.3. Thí nghiệm khảo sát tần số dòng điện phụ thuộc vào số cặp cực của
roto( Sử dụng dạy mục 2, bài 30, SGK Vật lí nâng cao 12)
a. Mục đích thí nghiệm : Nghiên cứu mối liên hệ giữa tần số dòng điện f (Hz) và
số cặp cực p củaroto.
9


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

b. Cơ sở lí thuyết:
Suy luận lí thuyết : Tần số f của dòng điện xoay chiều được xác định bằng biểu
thức: f = np , với n (vòng/s) là tốc độ quay của roto và p là số cặp cực của roto.
c. Bố trí thí nghiệm:
-

Sử dụng các roto và cuộn dây, bố trí cốđịnh.

-

Cố định tốc độ quay của roto, thay đổi roto (các roto 2 cặp cực, 3 cặp cực, 4
cặp cực).

-

Sử dụng máy đo tần số đã chế tạo để xác định tốc độ quay củaroto.

- Sử dụng dao động kí để xác định tần số f của dịngđiện.
d. Tiến hành thí nghiệm:
- Bật cơng tắc nguồn điện, thay đổi hiệu điện thế của nguồnđiện.
- Xác định giá trị của tần số dòng điện ứng với các roto có số cặp cực khác
nhau nhờ dao động kí điệntử.
Bảng 3: Kết quả thí nghiệm khảo sát tần số f với tốc độ quay n của roto,
trường hợp p =2.
Lầnđo

U(V)

n(vịng/s) T¯(s)

∆T(s)

1

12

17,77

0,028

5.10

2

14

21,76

0,023

5.10

3

16

25,88

0,019

5.10

4

18

29,6

0,0168

5.10

5

20

33,19

0,0153

5.10

6

24

41,33

0,012

5.10

10

Tần số

Tần số

Sai số

tính tốn

đo f

fcal (Hz)

(Hz)

-4

35,5

35,7

1
0,5%

-4

43,5

43,5

0%

-4

51,8

52,6

1,5%

-4

59

59,5

0,8%

-4

66,4

65,4

1,5%

-4

82,66

83,3

0,7%

∆ƒ
ƒca


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Hình 18: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của f vào n ứng với p = 2
Từ đồ thị nhận thấy khi p = 2 khơng đổi thì tần số dịng điện tỉ lệ tuyến tính
với tốc độ quay n của roto.
Bảng 4: Kết quả thí nghiệm khảo sát tần số f với tốc độ quay ncủa roto,
trường hợp p =3.
U(V) n(vịng/s) T¯(s)

Lần

∆T(s)

đo

1

14

20,85

0,016

5.10

2

16

28,8

0,012

5.10

3

18

29,88

0,011

5.10

4

20

33,12

0,01

5.10

5

24

41,14

0,008

5.10

Tần số tính tốn

Tần số

fcal (Hz)

đo f

Sai số

(Hz)

∆ƒ
ƒca

-4

62,6

62,5

1
0,15%

-4

86,4

83,3

3,5%

-4

89,6

90,9

1,4%

-4

99,4

100

0,6%

-4

123,4

125

1,2%

Hình 19: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của f vào n ứng với p = 3
-

Nhận xét: từ đồ thị nhận thấy khi p = 3 khơng đổi thì tần số dòng điện tỉ
11


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

lệ tuyến tính với tốc độ quay n của roto.
Bảng 5: Kết quả thí nghiệm khảo sát tần số f với tốc độ quayn của roto, trờng
hợp p =4.
Lầnđo

U(V)

n(vòng/s) T¯(s)

∆T(s)

Tần số tính

Tần số

Sai số

tốn fcal

đo f

(Hz)

(Hz)

-4

54,6

52,6

1
3,6%

∆ƒ
ƒca

1

10

13,66

0,019

5.10

2

12

17,58

0,014

5.10

-4

70,3

71,4

1,5%

3

14

21,4

0,0115 5.10-4

85,6

86,9

1,5%

4

16

25,3

0,01

-4

101,2

100

1,2%

5

18

29,64

0,0085 5.10-4

118,6

117,6

0,8%

6

20

32,98

0,0076 5.10-4

131,9

131,6

0,2%

5.10

Hình 20: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của f vào n ứng với p = 4

12

Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Từ đồ thị nhận thấy khi p = 4 không đổi thì tần số dịng điện tỉ lệ tuyến tính
với tốc độ quay n của roto.
-

Kết luận chung: khi tốc độ quay của roto khơng đổi, tần số dịng điện tỉ lệ
thuận với số cặp cực p củaroto.

2.3. Xây dựng thí nghiệm dạy học phần tổng hợp dao động điện (dùng dạy bài
12, chương trình Vật lí nâng cáo lớp 12).
2.3.1. Mục đích thí nghiệm: 2
A  A12  A22  2 A1 A2 cos(1  2 )
Kiểm nghiệm biểu thức :
Với x1 = A1cos(⍵t+φ1) và x2 = A2 cos(⍵t+φ2) là phương trình hai dao
động điện thành phần, u= UOcos(⍵t+φ) là phương trình của dao động tổng hợp.
2.3.2. Cơ sở lý thuyết:
Tổng hợp hai dao động điều hịa có phương trình lần lượt là : x 1 =
A1cos(⍵t+φ1)

và x2 = A2 cos(⍵t+φ2) được một dao động điều hòa cùng

phương cùng tần số x= Acos(⍵t+φ)
Bằng phương pháp giải tích hoặc dùng giản đồ Fre – nen ta có:
A2  A12  A22  2 A1 A2 cos(1   2 )

tan  

A1 sin 1  A2 sin 2

A1 cos 1  A2 cos 2 với φ ≤φ≤φ nếu φ < φ
1
2
1
2

-

Nếu Δφ = k.2 (x1, x2 cùng pha) → Amax = A1+A2.
Nếu Δφ = (2k+1). (x1, x2 ngược pha) → Amin = |A1 - A2|.


-

Nếu Δφ = (2k+1 2 (x1, x2 ngược pha) →
13

A  A12  A22

.


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
2.3.3. Bố trí thí nghiệm:
-

Cố định roto (làm thí nghiệm với roto 2 cặp cực, 3 cặp cực, 4 cặp cực), di

động các cuộn dây đến các vị trí khác nhau để thu được các dao động cùng tần
số , cùng pha ( ngược pha, vuông pha) , cùng biên độ ( khác biênđộ).

- Dùng dao động kí điện tử để xác định giá trị biên độ và pha của các suất điện
động thu được trên cuộn dây, đồng thời xác định giá trị của biên độ tổng hợp.
Ngồi ra có thể dùng đồng hồ vạn năng để xác định biên độ của hai dao động
thành phần, dao động tổng hợp ( mắc nối tiếp 2 cuộn dây rồi mắc song song với
đồng hồ vạnnăng)

14


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
Bảng 6: Mơ hình hình vẽ bố trí cuộn dây
Mơ
hình

Tạo hai dao động
cùng pha

Tạo hai dao động
ngược pha

2
cặpc
ực

3
cặpc
ực

15

Tạo hai dao động
vuông pha


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

4
cặpc
ực

2.3.4. Tiến hành thí nghiệm:
-

Di động các cuộn dây để tạo được suất điện động trên các

cuộndâynhưmongmuốn.
- Phương án 1: Dùng dao động kí điệntử:

16


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
-

Phương án 2: Dùng đồng hồ vạnnăng.

Hình 22: TN xác định biên độ của suất điện động trên từng cuộn dây

Hình 23: Thí nghiệm đo biên độ của suất điện động tổng hợp ở hai đầu cuộn dây.
2.3.5. Kết quả thínghiệm:

17


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
- Phương án 1: Dùng dao động kí điệntử:
Bảng 7: Kết quả khảo sát tổng hợp hai dao động điều hòa bằng dao động kí điện
tử.
Tính chất của
hai dao động

Mơ
hình

Cùng
biên
độ

4cặp
cực

Hai dao động khi chưa tổng
hợp

Hai dao động có biên độ là
1V

Cùng
tần
số,

cùng
pha
Khác
biên
độ

Cùng
Cùng
tần
biênđ
số,
ộ
ngược
pha

Hai dao động đã tổng hợp

Dao động tổng hợp có biên độ là
2V

2
cặp
cực
Hai dao động có biên độ là 2 V
và 4V

Dao động tổng hợp có biên độ 6V

Hai dao động có biên độ là 1 V

Dao động tổng hợp có biên độ 0V

4
cặp
cực

18


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Khác
biên
độ

2
cặp
cực
Hai dao động có biên độ là 1 V
và 2V

Dao động tổng hợp có biên độ 2V

- Dùng đồng hồ vạnnăng:
Bảng 8: Bảng kết quả thí nghiệm với mơ hình máy phát điện xoay chiều
3 pha 4 cặp cực

Hai dao động

Giá trị biên

độ của dao
động thứ 1

4,0103
Cùng
pha
Ngược 5,1
pha
Vuông 4,93
pha
3,984
Cùng tần Cùng
pha
số, khác
Ngược 4,2
biên độ
pha
Vuông 4,13
pha
 Kết luận : Tổng hợp hai dao
Cùng tần
số, cùng
biên độ

Giá trị biên
độ của dao
động thứ 2

Giá trị biên độ
của dao động

tổng hợp thực
nghiệm

Giá trị biên độ
của dao động
tổng hợp tính
tốn

4,0103

8,02

8,0206

5,105

0,635

0,005

4,936

7,04

6,97

1,646

5,416

5,63

1,9

2,3

2,3

1,504

4,56

4,4

động điều hịa có phương trình lần lượt là :

x1= A1cos(⍵t+ φ1) và x2= A2 cos(⍵t+φ2) được một dao động điều hòa cùng
phương cùng tần số x=Acos(⍵t+φ).
Với

A2  A12  A22  2 A1 A2 cos(1  2 )

tan  
Và

A1 sin 1  A2 sin 2
A1 cos 1  A2 cos 2 với φ ≤ φ ≤ φ nếu φ < φ
1
2
1

2
19


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
3. Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa điện thế u d và up, id và ip đối với
cách mắc tải sao và tam giác:
3.1. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát mối quan hệ giữa điện thế ud và up, id và ip đối với cách mắc mạch hình
sao và mạch tam giác.
3.2. Cơ sở lý thuyết:
- Mạch tải nối hình sao
Từ suy luận lý thuyết, ta có quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối
hình sao đối xứng:
o Quan hệ giữa dòng điện dây và dòng điện pha
o Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha
-

Mạch tải nối hình tam giác
Từ suy luận lý thuyết, ta có quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối
hình tam giác:
o Quan hệ giữa dịng điện dây và dòng điện pha
o Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha
3.3. Bố trí thí nghiệm
- Mạch tải nối sao
o Sử dụng các roto và cuộn dây, bố trí cốđịnh.
o Cố định roto và tốc độ quay củaroto.
o Nối mạch theo cách nối hình sao.
o Sử dụng đồng hồ đa năng để đo hiệu điện thế ud và up.
- Mạch tải nối hình tam giác

o Sử dụng các roto và cuộn dây, bố trí cốđịnh.
o Cố định roto và tốc độ quay củaroto.
o Nối mạch theo cách nối hình tam giác.
o Sử dụng đồng hồ đa năng để đo hiệu điện thế và .
3.4.

Tiến hành thí nghiệm

- Tăng dần tốc độ quay của roto để tăng điện áp và tiến hành đo u d và up bằng
đồng hồ đa năng.

20


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
- Mạch tải mắc sao:
Bảng 9: Kết quả khảo sát Ud và Up trong tải mắc sao:
Lần đo
(V)
(V)
1
21.783
12.236
2
23.124
13.345
3
25.635
14.796
4

26.425
15.219
5
29.253
16.887

17.1

15.1

13.1

11.1

-

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Mạch tải mắc hình tam giác
- Bảng 10: Kết quả khảo sát Ud và Up trong tải mắc tam
giác:
Lần đo
(µA)
(µA)
1
20.562
11.873
2
21.492
12.412
3
22.863
13.204
4
24.178
13.955
5
25.346
14.640
17.1

15.1

13.1

11.1

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

4. Thí nghiệm khảo sát động cơ xoay chiều 3 pha (sử dụng trong mục
2,3, bài 31, SGK Vật lý 12)
4.1. Khảo sát tốc độ quay của động cơ đồng bộ 3 pha sử dụng rô to là

21

30


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
kim nam châm: là động cơ mà có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay
của từ trường.
4.1.1. Mục đích thí nghiệm:
- Khảo sát mối liên hệ giữa tốc độ quay của kim nam châm (n’) và tốc độ
quay của từ trường (n).
4.1.2. Cơ sở lý thuyết:
- Từ máy phát điện xoay chiều 3 pha cho ta 3 dòng diện xoay chiều 3 pha
cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau một góc 1200.

Hình : Ba dịng điện thu được từ máy phát điện xoay chiều ba pha.
Nếu ta cho 3 dòng điện này chạy qua 3 nam châm điện (3 cuộn dây dẫn
quấn trên lõi thép) thì ta sẽ được một từ trường quay có tốc độ góc bằng với
tốc độ góc của rơ tơ của máy phát điện xoay chiều ba pha.

22


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Hình : Từ trường quay trong động cơ điện xoay chiều ba pha.
- Khi ta đặt một nam châm gắn cố định với trục quay tự do trong từ trường
quay sinh ra từ các nam châm điện thì ngẫu lực tổng cộng tác động lên nam
châm gắn ở trục và làm nó quay liên tục với tốc độ góc bằng tốc độ quay của
từ trường.

4.1.3. Dụng cụ thí nghiệm
- Máy phát điện xoay chiều 3 pha 1 cặp cực
- 3 nam châm điện giống hệt nhau.
- Kim la bàn có gắn mạch đếm xung.
- Đồng hồ đa năng
4.1.4. Bố trí thí nghiệm
- Ta bố trí thí nghiệm như hình sau. Các nam châm điện của động cơ điện
đặt lệch nhau 120 độ.

23


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017

Hình: Bố trí thí nghiệm khảo sát động cơ đồng bộ
4.1.5. Tiến hành thí nghiệm.
- Bật cơng tắc nguồn cho máy phát điện hoạt động
- Thay đổi tốc độ góc của từ trường bằng cách thay đổi điện áp trên bộ
nguồn. Đo tần số quay của từ trường và tần số quay tương ứng của kim
nam châm bằng đồng hồ đa năng và so sánh (chú ý: tần số quay của kim
nam châm bằng số chỉ của đồng hồ đa năng chia đơi) .
4.1.6. Kết quả thí nghiệm
Bảng 11: Bảng kết quả khảo sát tần số quay của kim nam châm
phụ thuộc vào tần số quay của từ trường.
Tần số quay của từ trường (f)
Tần số quay của kim nam
châm (f’)
17,5
16,9
27,6

27,3
35,3
35.1
44,5
44.3

24


Hội nghị Sinh viên NCKH khoa Vật lí năm 2017
50
45
40
35
Series 1
Series 3

30
25
20
15
Category 1

Category 2

Category 3

Category 4

Hình: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của f’ vào f của động cơ đồng bộ ba

pha
-

Nhận xét: Kim nam châm quay với tốc độ góc bằng tốc độ quay của từ
trường.
Kết luận: Kim nam châm quay với tốc độ góc bằng tốc độ quay của từ
trường.

n’ = n
4.2. Khảo sát tốc độ quay của động cơ không đồng bộ: là động cơ điện
hoạt động với tốc độ quay của Rotor chậm hơn so với tốc độ quay của từ
trường Stator.
4.2.1. Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát mối liên hệ giữa tốc độ quay của từ trường (n) và tốc độ quay
của khung dây (n’).
4.2.2. Cơ sở lý thuyết:
- Động cơ không đồng bộ ba pha có nguyên lý hoạt động dựa trên hiện
tượng cảm ứng điện từ. Khi ta đặt một khung dây dẫn được gắn cố định
với trục quay tự do trong từ trường quay sinh ra từ các nam châm điện thì
trên khung dây sẽ xuất hiện dịng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng trên
khung dây này sẽ sinh ra một từ trường (từ trường của một dịng điện
kín) và chịu tác dụng của từ trường quay sinh ra bởi các nam châm điện
khiến cho khung dây quay cùng chiều quay với từ trường quay.
4.2.3. Dụng cụ thí nghiệm:
- Máy phát điện xoay chiều 3 pha 1 cặp cực
- 3 nam châm điện giống hệt nhau.
25