Chuyên đề máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện xoay chiều là một thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ.

may phat dien xoay chieu
Máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện gồm hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng. Với:

  •  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.

Cho một vòng dây quay đều trong từ trường $\overrightarrow B $ với tốc độ góc ω sao cho $\overrightarrow B \bot \overrightarrow \Delta .$ Nếu lúc t = 0, $\overrightarrow B \uparrow \uparrow \overrightarrow n $ thì: Φ = Φ0cos(ωt + φ)

  •  Φ$_0$ = BS: Từ thông cực đại (Wb đọc là Vebe).
  •  Φ$_1$: từ thông vào thời điểm t gửi qua một vòng dây.
  •  B: Cảm ứng từ (T đọc là Tesla).
  •  S: diện tích khung dây (m$^2$).

Biểu thức suất điện động trong cuộn dây có N vòng dây: e = – Φ’(t) = E$_0$cos(ωt – π/2 + φ)
Với E$_0$ = ωNΦ$_0$ là suất điện động cực đại ( đơn vị V)

Lưu ý: Suất điện động chậm pha hơn từ thông là π/2 nên
${\left( {\frac{\phi }{{{\Phi _0}}}} \right)^2} + {\left( {\frac{e}{E}} \right)^2} = 1$

Câu 1.Một khung dây dẫn phẳng có diện tích S = 100 cm$^2$ gồm 200 vòng dây. Khung dây này được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ là 0,005T và khung quay quay đều với vận tốc 2400 vòng/phút. Từ thông cực đại gửi qua khung là
A. 24 Wb
B. 2,5 Wb
C. 0,4 Wb
D. 0,01 Wb

Giải

Theo đề thì
– Diện tích của khung là S = 100 cm$^2$ = 0,01 m$^2$
– Tần số góc $\omega = 2400\left( {\frac{{vong}}{{phut}}} \right) = 80\pi \left( {\frac{{rad}}{s}} \right)$
– Cảm ứng từ B = 0,005T
– Từ thông cực đại gửi qua khung là ${\Phi _0} = NBS = 200.0,005.0,01 = 0,01\left( {{\rm{W}}b} \right)$
– Kết luận: Chọn D.

Câu 2.Một máy phát điện xoay chiều, phần ứng có 4 cuộn giống nhau mắc nối tiếp. Từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là 5.10$^{-3}$Wb. Suất điện động hiệu dụng sinh ra là 120V, tần số 50Hz. Số vòng dây của mỗi cuộn là
A. 57
B. 47
C. 37
D. 27

giải

$\begin{array}{l}
\left\{ \begin{array}{l}
n = 4\\
E = 120\left( V \right)\\
f = 50\left( {Hz} \right)\\
{\Phi _{01}} = {5.10^{ – 3}}\left( {{\rm{W}}b} \right)\\
{E_0} = N\omega {\Phi _0}
\end{array} \right. \to \sqrt 2 E = 4.N.2\pi f.{\Phi _0}\\
\leftrightarrow N = \frac{{\sqrt 2 .E}}{{2\pi f.{\Phi _0}}} = 27\left( {vong} \right)
\end{array}$
Kết luận: Số vòng dây của mỗi cuộn là 27.

Câu 3.Máy phát điện xoay chiều gồm một khung dây đặt trong từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow B $. Khi đó từ thông gửi qua khung đo được là 6.10$^{-4}$Wb. Cảm ứng từ giảm đều về không trong khoảng thời gian 10$^{-3}$ s thì sức điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là
A. 6 V
B. 0,6 V
C. 0,06 V
D. 3 V

giải

Khi cảm ứng từ trong mạch biến thiên thì theo định luật cảm ứng điện từ thì
$e = \frac{{\left| {\Delta \phi } \right|}}{{\Delta t}} = \frac{{\left| {{{6.10}^{ – 4}} – 0} \right|}}{{{{10}^{ – 3}}}} = 0,6\left( V \right)$
Kết luận: Sức điện động cảm ứng xuất hiện trong khung của máy phát điện xoay chiều là e = 0,6 V.

Câu 4.Một máy phát điện xoay chiều gồm một khung dây hình chữ nhật kích thước 20cm x 30cm, khung dây này gồm 100 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,02 T và có hướng vuông góc với trục quay đối xứng của khung dây. Khi khung quay đều với tốc độ 120 vòng/phút thì suất điện động trong khung đạt giá trị cực đại là
A. 1,44 V.
B. 0,24 V.
C. 14,4 V.
D. 1,51 V.

Giải

Suất điện động cực đại trong khung của máy phát điện xoay chiều có giá trị là
$\left\{ \begin{array}{l}
B = 0,02T\\
N = 100\\
S = 0,06\left( {{m^2}} \right)\\
\omega = 120\left( {\frac{{vong}}{{phut}}} \right) = 4\pi \left( {\frac{{rad}}{s}} \right)
\end{array} \right. \to {E_0} = NBS\omega = 1,51\left( V \right)$
Kết luận: Suất điện động trong khung đạt giá trị cực đại là 1,51 V

Câu 5.Một khung dây dẫn phẳng, dẹt, quay đều xung quanh một trục đối xứng D nằm trong mặt phẳng khung dây, trong từ trường đều có vecto cảm ứng từ vuông góc với trục quay D. Tại thời điểm t, từ thông gửi qua khung dây và suất điện động cảm ứng trong khung dây có độ lớn lần lượt bằng $\frac{{11\sqrt 6 }}{{12}}\left( {\rm{W}} \right)$ và $110\sqrt 2 \left( V \right).$ Biết từ thông cực đại gửi qua khung dây bằng $\frac{{11\sqrt 2 }}{6}\left( {{\rm{W}}b} \right).$ Suất điện động cảm ứng trong khung dây có tần số góc là
A. 120π rad/s.
B. 100π rad/s.
C. 60 rad/s.
D. 50 rad/s.

Giải

Theo lí thuyết về mối quan hệ giữa từ thông và suất điện trong máy phát điện thì
$\begin{array}{l}
\phi \bot e \to {\left( {\frac{e}{{{E_0}}}} \right)^2} + {\left( {\frac{\phi }{{{\Phi _0}}}} \right)^2} = 1\\
\to {\left( {\frac{e}{{{\Phi _0}\omega }}} \right)^2} + {\left( {\frac{\phi }{{{\Phi _0}}}} \right)^2} = 1\\
\leftrightarrow \omega = 120\left( {\frac{{rad}}{s}} \right)
\end{array}$

Câu 6.Một máy phát điện xoay chiều một pha roto gồm 4 cuộn dây giống nhau, hai cuộn kề quấn ngược chiều nhau, stato cũng có 4 cuộn dây như roto, mỗi cuộn dây có 100 vòng dây quấn cùng chiều. Biểu thức suất điện động cảm ứng do máy sinh ra là e = 220.√2.sin(100πt + φ) V. Gọi Ф0 là biên độ của từ thông do roto gây ra, qua một vòng dây stato. Nếu giữ nguyên roto, cuộn stato chỉ còn hai cuộn dây đặt đối xứng nhau qua tâm ( vẫn quấn ngược chiều) thì suất điện động của sẽ thay đổi như thế nào?
A. e = 220.√2.sin(100πt + φ) V.
B. e = 110.√2.sin(100πt + φ) V.
C. e = 440.√2.sin(50πt + φ) V.
D. e = 220.√2.cos(200πt + φ) V.

Giải

Nếu giữ nguyên roto thì từ thông gây ra trong mỗi vòng của stato vẫn như cũ. Vậy suất điện động qua mỗi vòng như cũ, nên suất điện động do máy phát ra nhỏ đi hai lần: e = 110.√2.sin(100πt + φ) V.

Add a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *