Title Chủ đề 4 - Máy phát điện xoay chiều.pdf ✅

 Cô Nhung Cute 0972.46.48.52 VẬT LÍ 12 1 Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ → Làm cho từ thông biến thiên điều hoà theo thời gian.  = = BS BS t cos cos   → Khi đó trong khung dây xuất hiện một suất điện động biến đổi theo thời gian: ( ) sin cos 2 d e t NBS t NBS t dt         = − = = −     Tổng quát: e E t = + 0 0 cos(  ) (1) Trong đó: + E0 = NBSω là suất điện động cực đại của khung dây. Hình 17.1. Khung dây dẫn MNPQ có trục quay OO’ dặt vuông góc với cảm ứng từ B + 0 là pha ban đầu của suất điện động. Suất điện động biến đổi theo thời gian theo định luật dạng cosin trong biểu thức thường gọi tắt là suất điện động xoay chiều. Chu kì T và tần số f của suất điện động liên hệ với tần số góc  bởi các công thức: 2 ( ), ( ) (gi?ng nhu d?i v?i dao d?ng co) 2 T s f Hz     = = (giống như đối với dao động cơ) Khi nối hai đầu khung dây dẫn phẳng MNPQ quay trong từ trường đều B nói trên tạo thành mạch kín, thì dòng điện trong khung dây dẫn biến thiên theo thời gian tương tự suất diện động xoay chiều. Hình 17.2. Mô tả suất điện động xoay chiều khi khung dây quay trong từ trường B Chuyên đề 4 TỪ TRƯỜNG Chủ đề 4 MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I Tóm tắt lí thuyết 1 NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
 Cô Nhung Cute 0972.46.48.52 VẬT LÍ 12 2 a. Biểu thức dòng điện xoay chiều Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều với đoạn mạch tiêu thụ điện thì giữa hai đầu đoạn mạch có một hiệu điện thế biến thiên theo thời gian theo quy luật dạng cosin (hoặc sin) gọi là hiệu điện thế xoay chiều hay điện áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều có cùng chu kì, tần số với suất điện động xoay chiều và có dạng: u U t = + 0 cos( u ) (2) → Khi đó, dòng điện chạy qua mạch điện tiêu thụ là dòng điện xoay chiều có dạng: i I t = + 0 cos( i) (3) Trong các biểu thức: - u và i: lần lượt là giá trị điện áp và cường độ dòng điện tại thời điểm t, gọi là giá trị tức thời của điện áp và cường độ của dòng điện xoay chiều; - U0 và I0: là giá trị cực đại của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều. - : gọi là tần số góc của dòng điện xoay chiều; - u và i: lần lượt là pha ban đầu của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều. - t + u và t + i: gọi là pha của điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều -  = u - i gọi là độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều. • Nếu  > 0 thì điện áp sớm pha so với cường độ dòng điện. • Nếu  < 0 thì điện áp muộn (trễ) pha so với cường độ dòng điện. • Nếu  = 0 thì điện áp đồng pha với cường độ dòng điện. Dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa với thời gian theo quy luật của hàm cosin (hoặc sin) như biểu thức (3), gọi là dòng điện xoay chiều. Hình 13.4. Sự biến thiên của điện áp xoay chiều (a) và cường độ dòng điện xoay chiều (b) theo thời gian b. Giá trị hiệu dụng Dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt như dòng điện không đổi. Công suất toả nhiệt trung bình trên điện trở R trong một chu kì: 2 0 1 2 P = RI → Nhiệt lượng toả ra trên điện trở R trong thời gian t đủ dài: 2 0 1 2 Q RI t = hay 2 Q RI t = Người ta đã thiết lập được mối liên hệ giữa giá trị hiệu dụng I và giá trị cực đại I0 của cường độ dòng điện xoay chiều dựa vào công suất toả nhiệt của dòng điện trên điện trở: 0 2 I I = (4) 2 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
 Cô Nhung Cute 0972.46.48.52 VẬT LÍ 12 3 Đại lượng I gọi là giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều hay cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. Người ta cũng xác định được mối liên hệ giữa: Giá trị hiệu dụng U và giá trị cực đại Uo của điện áp xoay chiều: 0 2 U U = (5) Giá trị hiệu dụng và giá trị cực đại của suất điện động xoay chiều là 0 2 E E = a. Cấu tạo Có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng. Một trong hai bộ phận chính được đặt cố định, gọi stato, phần còn lại quay quanh một trục, gọi là rôto. Hình 17.4. Mô tả nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều Phần ứng quay, phần cảm cố định Hình 17.5. Roto (a) và stato (b) của máy phát điện xoay chiều - Phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu dùng để tạo ra từ trường. - Phần ứng là các cuộn dây dẫn, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động. b. Nguyên tắc hoạt động: Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên nguyền tắc cảm ứng điện từ, chuyển hoá cơ năng thành điện năng. Các máy phát điện xoay chiều một pha có thể hoạt động theo hai cách. Cách thứ nhất: Phần ứng quay, phần cảm cố định. Cách thứ hai: Phần cảm quay, phần ứng cố định 3 MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
 Cô Nhung Cute 0972.46.48.52 VẬT LÍ 12 4 c. Máy phát điện xoay chiều ba pha: Máy phát điện xoay chiều ba pha thường được sử dụng trong thực tế có sơ đồ cấu tạo đơn giản như Hình 18.6. Suất điện động trong ba cuộn dây khi máy hoạt động tạo ra có đặc điểm là lệch pha nhau 2 3  . Nếu suất điện động xọay chiều trong cuộn dây AB1 1 là: 1 0 e E t V = cos ( )  thì suất điện động trong các cuộn dây AB2 2 và AB3 3 tương ứng là: 2 0 3 0 2 cos ( ) 3 2 cos ( ) 3 e E t V e E t V       = +       = −     Hình 17.6. Sơ đồ nguyên tắc cấu tạo của một máy phát điện xoay chiều ba pha a. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều trong cuộc sống - Dòng điện xoay chiều còn được sử dụng để truyền tải điện năng đi xa, dẫn điện đến hầu hết các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có sử dụng dòng điện xoay chiều. - Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống là nhờ vào các tác dụng nhiệt, tác dụng từ, tác dụng phát sáng và tác dụng sinh lí của nó. - Thông qua việc sử dụng các thiết bị như quạt điện, động cơ điện, đèn điện,... con người đã chuyển hoá năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác nhằm đáp ứng các nhu cầu sống, sinh hoạt, lao động, sản xuất,... của con người. - Trong y học dòng điện xoay chiều được sử dụng để vận hành các thiết bị y tế bao gồm: máy chuẩn đoán hình ảnh (như máy chụp cộng hưởng từ, máy siêu âm, máy chụp X - quang) hoặc các máy hỗ trợ điều trị bệnh nhân (như máy sốc điện, máy điện tim),... 4 ỨNG DỤNG VÀ QUY TẮC AN TOÀN KHI SỬ DỤNG DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU