Lý thuyết và bài tập về Suất điện động xoay chiều của Máy phát điện môn Vật lý 12

SUẤT ĐIỆN ĐỘNG XOAY CHIỀU CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN

I. PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1. Nguyên tắc hoạt động:

Khi nam châm quay, từ thông qua 3 cuộn dây biến thiên lệch pha  \(\frac{{2\pi }}{3}\) làm xuất hiện 3 suất điện động xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ, lệch pha  \(\frac{{2\pi }}{3}\) .

2. Từ thông gửi qua khung dây của máy phát điện:

                               F  = F0cos(wt + j)

    Với F0 = NBS là từ thông cực đại, N là số vòng dây, B là cảm ứng từ của từ trường, S là diện tích của vòng dây, w = 2pf

3. Suất điện động trong khung dây:

                               e = E0cos(wt + j -  \(\frac{\pi }{2}\))

     Với E0 = wNSB là suất điện động cực đại.

Ở 3 cuộn dây chúng ta thu được hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây ra bởi ba suất điện động xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ nhưng độ lệch pha từng đôi một là  \(\frac{{2\pi }}{3}\).

\(\left\{ \begin{array}{l} {e_1} = {E_0}c{\rm{os}}(\omega t)\\ {e_2} = {E_0}c{\rm{os}}(\omega t - \frac{{2\pi }}{3})\\ {e_3} = {E_0}c{\rm{os}}(\omega t + \frac{{2\pi }}{3}) \end{array} \right.\)

Trong trường hợp tải đối xứng thì  :

\(\left\{ \begin{array}{l} {i_1} = {I_0}c{\rm{os}}(\omega t)\\ {i_2} = {I_0}c{\rm{os}}(\omega t - \frac{{2\pi }}{3})\\ {i_3} = {I_0}c{\rm{os}}(\omega t + \frac{{2\pi }}{3}) \end{array} \right.\)
4. Cách mắc

a) Máy phát mắc hình sao:  

Ud = \(\sqrt 3 \)Up

    Tải tiêu thụ mắc hình sao: Id = Ip

-  Up   là điện áp giữa dây pha và dây trung  hòa

-  Ud  là điện áp giữa 2 dây pha

b) Máy phát mắc hình tam giác:

 Ud = Up

    Tải tiêu thụ mắc hình tam giác: Id =\(\sqrt 3 \) Ip

5.  Nhận xét quan trọng:

- Tùy vào bài toán cho cách mắc hình sao hay hình tam giác cho các tải tiêu thụ mà xác định điện áp đặt vào 2 đầu mỗi tải

- Trong cách mắc hình sao nếu các tải mắc đối xứng thì dòng điện trong dây trung hòa bằng không

- Khi máy phát mắc hình sao ta vẫn có thể mắc tải hình tam giác. Lúc này ta không dùng dây trung hòa

- Ở máy phát và tải tiêu thụ thường chọn cách mắc tương ứng với nhau.

II. CÁC BÀI TẬP VÍ DỤ:

Ví dụ 1:

Mạng điện ba pha có điện áp pha Up = 120V có tải tiêu thụ mắc thành hình sao. Tính cường độ dòng điện trong các dây pha và dây trung hòa nếu các tải tiêu thụ trên A, B, C là điện trở thuần RA = RB = 12W ; RC = 24W.

Giải

Do các tải tiêu thụ mắc hình sao nên Id = Ip.

\(\begin{array}{l} \Rightarrow {I_A} = {I_B} = \frac{{{U_p}}}{{{R_A}}} = \frac{{120}}{{12}} = 10A\\ {I_C} = \frac{{{U_p}}}{{{R_C}}} = \frac{{120}}{{24}} = 5A \end{array}\)

Do các tải đều là thuần trở nên dòng điện pha cùng pha với điện áp pha. Các dòng điện lệch pha nhau 120o. Ta suy ra giản đồ Fre-nen sau:

\(\overrightarrow {{I_o}} = \overrightarrow {{I_A}} + \overrightarrow {{I_B}} + \overrightarrow {{I_C}} = \overrightarrow {{I_{AB}}} + \overrightarrow {{I_C}} \)

Dựa vào giản đồ ⇒ Io = IAB – IC.

Vì IA = IB nên \(\overrightarrow {{I_{AB}}} \)  là đường chéo của hình thoi tạo bởi \(\overrightarrow {{I_A}} \)  và   \(\overrightarrow {{I_B}} \)

 Þ IAB = 2.OH = 2.IB.cos60o = 2.10.cos60o = 10A.

Vậy Io = IAB – IC = 10 – 5 = 5A.

Ví dụ 2:

Ở một mạng điện 3 pha mắc hình sao, điện áp giữa dây pha và dây trung hòa là 220V. Có một điện trở R =  40 . Tính cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở R nếu dùng 2 dây pha hoặc 1 dây pha và 1 dây trung hòa?

Giải

• Khi dùng 1 dây pha và 1 dây trung hòa:   

 Điện áp đặt vào 2 đầu R:   U = Up = 220V

Cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở R:

                                                    I1 = \(\frac{{{U_P}}}{R}\)= 5,5A

• Khi dùng 2 dây pha: U =  Ud = \(\sqrt 3 \)Up = 220 \(\sqrt 3 \)V

Cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở R:

                                                     I2 =\(\frac{{{U_d}}}{R}\)  = 5,5 \(\sqrt 3 \)A

Nhận xét:     

Cường độ dòng điện hiệu dụng qua điện trở R trong 2 trường hợp  I2 > I1(do Ud > Up), nên các thiết bị điện thường dùng trong cuộc sống khi dùng 2 dây pha thường bị cháy do vượt quá giá trị định mức

...

---Để xem tiếp nội dung các bài tập ví dụ có đáp án chi tiết, các em vui lòng đăng nhập vào trang Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Chuyên đề Lý thuyết và bài tập về Suất điện động xoay chiều của Máy phát điện môn Vật lý 12. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Phương pháp giải toán nhờ Giản đồ vec-tơ trong Điện xoay chiều môn Vật lý 12

• 20 câu hỏi trắc nghiệm về năng lượng của vật DĐĐH môn Vật lý 12 năm 2020

• Chuyên đề Bài tập về Xác định các phần tử điện chứa trong hộp đen

Chúc các em học tập tốt !