Bài tập về máy phát điện xoay chiều

Kiến thức cần nhớ

1. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều

a. Nguyên tắc hoạt động của các loại máy phát điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều.

Nếu từ thông qua mỗi vòng dây biến thiên theo quy luật ${\Phi }_1={\Phi }_0\cos \omega t$

 và trong cuộn dây có N vòng giống nhau, thì suất điện động xoay chiều trong cuộn dây là: $e=-N\frac{d{\Phi }_1}{dt}=\omega N{\Phi }_0\sin \omega t$  hay   $e=\omega {\Phi }_{0}N\cos \left(\omega t-\frac{\pi }{2}\right)\left(1\right)$

Trong đó ${\Phi }_0$  thông cực đại qua một vòng dây.

Biên độ của suất điện động là: $E_0=\omega N{\Phi }_0$  (2)

b. Có hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng trong các máy điện:

− Từ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trường.

− Từ trường quay, các vòng dây đặt cố định.

2. Máy phát điện xoay chiều một pha

a. Các bộ phận chính

Mỗi máy phát điện xoay chiều đều có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng.

Phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Đó là phàn tạo ra từ trường.

Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt lộng.

Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato phần quay gọi là rôto.

b. Hoạt động

Các máy phát điện xoay chiều một pha có thể được cấu tạo theo hai cách:

− Cách thứ nhất: phần ứng quay, phần cảm cố định.

− Cách thứ hai: phần cảm quay, phần ứng cố định.

Các máy được cấu tạo theo cách thứ nhất có stato là nam châm đặt cố định, rôto là khung dây quay quanh một trục trong từ trường tạo bởi stato.

Các máy được cấu tạo theo cách thứ hai có rôto là nam châm (gồm p cặp cực), thường là nam châm điện được nuôi bởi dòng điện một chiều; stato gồm nhiều cuộn dây có lõi sắt, xếp thành một vòng tròn. Các cuộn dây của rôto cũng có lõi sắt và xếp thành vòng tròn, quay quanh trục qua tâm vòng tròn với tốc độ n vòng/giây.

Tần số dòng điện do máy phát ra: f = np.

3. Máy phát điện xoay chiều ba pha

a. Dòng điện xoay chiều ba pha

Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều gây ra bởi ba suất điện động xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau từng đôi một là 2π/3. Nếu chọn gốc thời gian thích hợp thì biểu thức của các suất điện động là:

   $e_1=E_0\cos \omega t;e_2=E_0\cos \left(\omega t-\frac{2\pi }{3}\right);e_3=E_0\cos \left(\omega t+\frac{2\pi }{3}\right).$

b. Cấu tạo và hoạt động của máy điện xoay chiều ba pha.

Máy phát điện xoay chiều ba pha cấu tạo gồm stato có ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 120⁰ trên một vòng tròn, rô to là một nam châm điện. 

 Khi rô to quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau 2π/3.

Nếu nối các đầu dây của ba cuộn với ba mạch ngoài (ba tải tiêu thụ) giống nhau thì ta có hệ ba dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2π/3.

Bài tập tự luyện

Bài 1: Một máy phát điện xoay chiều có điện trở không đáng kể. Mạch ngoài là tụ điện nối tiếp với ampe kế có điện trở không đáng kể. Khi rôto quay với tốc độ góc 25 rad/s thì ampe kế chỉ 0,1A. Khi tăng tốc độ quay của rôto lên gấp đôi thì ampe kế chỉ:

A. 0,1 A.      B. 0,05 A.

C. 0,2 A.      D. 0,4 A.

Bài 2: Một máy phát điện xoay chiều một pha (kiểu cảm ứng) có p cặp cực, quay đều với tốc độ n vòng/phút, với số cặp cực bằng số cuộn dây của phần ứng thì tần số của dòng điện do máy tạo ra là f Hz. Hệ thức nào sau đây đúng?

Bài 3: Một máy phát điện xoay chiều 1 pha có rôto gồm 4 cặp cực từ, muốn tần số dòng điện xoay chiều mà máyphát ra là 50 Hz thì rôto phải quay với tốc độ là bao nhiêu?

A. 3000 vòng/phút

B. 1500 vòng/phút

C. 750 vòng/ phút

D. 500 vòng/phút.

Bài 4: Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto gồm 10 cặp cực (10 cực nam và 10 cực bắc). Rô to quay với tốc độ 300 vòng/phút. Suất điện động do máy sinh ra có tần số bằng:

A. 5 Hz.        B. 30 Hz.

C. 300 Hz.      D. 50 Hz.

Bài 5: Rô to của một máy phát điện xoay chiều một pha có 4 cực từ và quay với tốc độ n vòng/phút. Hai cực phần ứng của máy mắc với một tụ điện có điện dung C = 10 µF. Điện trở trong của máy không đáng kể.

   Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của cường độ dòng điện hiệu dụng I qua tụ theo tốc độ quay của rô to khi tốc độ quay của rô to biến thiên liên tục từ n₁ = 150 vòng/phút đến n₂ = 1500 vòng/phút.

- Biết rằng với tốc độ quay 1500 vòng/phút thì suất điện động hiệu dụng giữa hai cực máy phát tương ứng là E. Giá trị E là:

A. 400 V.      B. 100 V.

C. 200 V.      D. 300 V.

Bài 6: Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng gồm bốn cuộn dây giống nhau mắc nối tiếp. Suất điện động xoay chiều do máy phát sinh ra có tần số 50 Hz và giá trị hiệu dụng 100√2 V.Từ thông cực đại qua mỗi vòng của phần ứng là 5/π mWB. Số vòng dây trong mỗi cuộn dây là:

A. 71 vòng.      B. 200 vòng.

C. 100 vòng.      D. 400 vòng.

Bài 7: Một động cơ điện xoay chiều có điện trở dây quấn là 20 Ω. Mắc động cơ vao mạng điện xoay chiều ó điện áp hiệu dụng là 220 V. Giả sử hệ số công suất của động cơ là cosφ = 0,85 không thay đổi, hao phí trong động cơ chỉ dol tỏa nhiệt. Công suất cơ cực đại mà động cơ có thể sinh ra là:

A. 437 W      B. 242 W

C. 371 W      D. 650 W

Bài 8: Khi máy phát điện ba pha hoạt động, ở thời điểm suất điện động ở một cuộn dây đạt giá trị cực đại e1 = Eo thì suất điện động ở hai đầu cuộn dây còn lại là:

Bài 9: Một máy phát điện xoay chiều một pha có điện trở không đáng kể. Nối 2 cực của máy với cuộn dây thuần cảm. Khi roto quay với tốc độ n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm là I. Hỏi khi roto quay với tốc độ 3n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm bao nhiêu?

A. I       B. 2I

C. 3I      D. I/3

Bài 10: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha:

A. Stato là phần cảm, rôto là phần ứng.

B. Phần nào quay là phần ứng.

C. Stato là phần ứng, rôto là phần cảm.

D. Phần nào đứng yên là phần tạo ra từ trường.

Bài 11: Một máy phát điện xoay chiều một pha có roto gồm 4 cặp cực từ, muốn tần số của dòng điện xoay chiều mà máy phát ra là 50 Hz thì roto phải quay với tốc độ:

A. 500 vòng/ phút

B. 750 vòng/phút

C. 1500 vòng/phút

D. 3000 vòng/phút

Bài 12: Trong mạch điện xoay chiều ba pha, tải mắc hình sao có dây trung hòa, khi một pha tiêu thụ điện bị hở thì cường độ dòng điện trong hai pha còn lại:

A. Đều tăng lên

B. Đều giảm xuống

C. Không thay đổi

D. Đều bằng 0

Bài 13: Một máy phát điện xoay chiều tạo nên suất điện động e = 220√2 cos100πt (V). Tốc độ quay của roto là 1500 vòng/ phút. Số cặp cực của roto là:

A. 2      B. 4

C. 5      D. 6

Bài 14: Một mạch tiêu thụ điện là cuộn dây có điện trở thuần r = 8 Ω, tiêu thụ công suất P = 32 W với hệ số công suất cosφ = 0,8. Điện năng được đưa từ máy phát điện xoay chiều một pha nhờ dây dẫn có điện trở R = 4 Ω. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đường dây nơi máy phát là:

A. 10√5 V      B. 28 V

C. 12√5 V      D. 24 V

Bài 15: Một động cơ không đồng bộ ba pha đang hoạt động có tải. Biết roto quay với tần số là f và chu kì của dòng điện là T. So sánh T và f ta thấy:

A. T = 1/f      B. T < 1/f

C. T > 1/f      D. T > 1/(2f)