MÁY PHÁT ĐIỆN

MÁY PHÁT ĐIỆN

A- Lý Thuyết

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

a. Nguyên tắc hoạt động:

dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

b. Có hai cách tạo ra suất điện động AC trong các máy phát điện:

· Từ trường cố định và các vòng dây quay trong từ trường.

· Từ trường quay, các vòng dây nằm cố định.

2. Máy phát điện xoay chiều một pha:

a. Các bộ phận chính:

Phần cảm và ứng.

· Phần cảm: Nam châm điện hay nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường.

· Phần ứng: Là những cuộn dây trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động.

· Phần đứng yên gọi là stato, phần quay quanh một trục gọi là rô to.

· Để tăng suất điện động của máy phát:

+ Phần ứng gồm các cuộn dây có nhiều vòng mắc nối tiếp nhau và đặt lệch nhau trong từ trường của phần cảm.

+ Các cuộn dây của phần cảm ứng và nam châm điện của phần cảm được quấn trên các lỏi thép kĩ thuật gồm nhiều lá thép mỏng ghép cách điện nhau, nhằm tăng cường từ thông qua các cuộn dây và giảm dòng Phucô.

b. Hoạt động:

Có 2 cách.

Cách 1: Phần ứng quay phần cảm cố định. Trong cách này muốn đưa điện ra mạch ngoài người ta hai vành khuyên đặt đồng trục với khung dây và cùng quay với khung dây. Khi khung dây quay thì hai vành khuyên trượt lên hai thanh quét. Vì hai chổi quét đứng yên nên dòng điện trong khung dây qua vành khuyên và qua chổi quét ra ngoài mạch tiêu thụ.

Cách 2: Phần ứng đứng yên còn phần cảm quay.

Tần số dòng điện: f = np; với n (vòng/giây): tốc độ quay rôto, p số cặp cực của máy phát.

Nếu vòng/phút thì: $f=\frac{pn}{60}$

B- Bài tập có hướng dẫn:

CÂU 1. Chọn câu đúng. Cho đoạn mạch RLC như hình vẽ (Hình 3.5). R=100\[\Omega \], cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm \[L=\frac{2}{\pi }H\] và tụ điện có điện dung \[C=\frac{{{10}^{-4}}}{\pi }F\]. Biểu thức hiệu điện thế tức thời giữa hai điểm A và N là: \[{{u}_{AN}}=200sin100\pi t (V)\]. Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua mạch là:

A. 1A B. 0,63A C. 0,89A D. 0,7A

CÂU 2. Chọn câu đúng. Cho đoạn mạch RLC như hình vẽ (Hình 3.5). R=100\[\Omega \], cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm \[L=\frac{2}{\pi }H\] và tụ điện có điện dung \[C=\frac{{{10}^{-4}}}{\pi }F\]. Biểu thức hiệu điện thế tức thời giữa hai điểm A và N là: \[{{u}_{AN}}=200sin100\pi t (V)\]. Công suất tiêu thụ của dòng điện trong đoạn mạch là:

A. 100W B. 50W C. 40W D. 79W

CÂU 3. Chọn câu đúng. Đặt hiệu điện thế \[u=120\sqrt{2}sin100\pi t(V)\] vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R=30\[\Omega \] và tụ điện có điện dung \[\mathrm{C=}\frac{{{10}^{3}}}{4\pi }\mu F\] mắc nối tiếp. Biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là:

A. \[i=2,4\sqrt{2}sin\left( 100\pi t-\frac{53\pi }{180} \right) (A)\] B. \[i=0,24\sqrt{10}sin\left( 100\pi t+\frac{53\pi }{180} \right) (A)\]

C. \[i=0,24\sqrt{10}sin\left( 100\pi t-\frac{53\pi }{180} \right) (A)\] D. \[i=2,4\sqrt{10}sin\left( 100\pi t+\frac{53\pi }{180} \right) (A)\]

CÂU 4. Chọn câu đúng. Đặt hiệu điện thế \[u=120\sqrt{2}sin100\pi t(V)\] vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở thuần R=30\[\Omega \] và tụ điện có điện dung \[\mathrm{C=}\frac{{{10}^{3}}}{4\pi }\mu F\] mắc nối tiếp. Biểu thức hiệu điện thế hai bản tụ điện là:

A. \[{{u}_{C}}=120\sqrt{2}sin\left( 100\pi t-\frac{\pi }{2} \right) (V)\] B. \[{{u}_{C}}=96\sqrt{2}sin\left( 100\pi t-\frac{37\pi }{180} \right) (V)\]

C. \[{{u}_{\text{C}}}=96\sqrt{2}sin\left( 100\pi t+\frac{37\pi }{180} \right) (V)\] D. \[{{u}_{C}}=9,6\sqrt{10}sin\left( 100\pi t+\frac{37\pi }{180} \right) (V)\]

CÂU 5. Chọn câu đúng. Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ (Hình 3.6). Cho\[R=50\Omega ; C=\frac{2}{\pi }1{{0}^{-4}}F\], \[{{u}_{AM}}=80sin100\pi t(V) , \]\[{{u}_{MB}}=200\sqrt{2}sin\left( 100\pi t+\frac{\pi }{2} \right) (V)\]. Giá trị R₀và L là:

A. \[176,8\Omega ; 0,56H\] B. \[250\Omega ; 0,56H\]

C. \[250\Omega ; 0,8H\] D. \[176,8\Omega ; 0,8H\]

CÂU 6. Chọn câu đúng. Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có điện trở thuần R= 80\[\Omega \], độ tự cảm L= 0,636H nối tiếp với tụ điện có điện dung thay đổi được. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch là \[u=141,4\sin 100\pi t\text{ (V)}\]. Khi cường độ hiệu dụng đạt giá trị cực đại thì điện dung của tụ điện là:

A. 0,636F B. 5.10^-3F C. 0,159.10^-4F D. 5.10^-5F

CÂU 7. Chọn câu đúng. Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có điện trở thuần R= 80\[\Omega \], độ tự cảm L = 0,636H nối tiếp với tụ điện có điện dung thay đổi được. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch là \[u=141,4\sin 100\pi t\text{ (V)}\]. Khi cường độ hiệu dụng đạt giá trị cực đại thì biểu thức cường độ dòng điện qua mạch là:

A. \[i=1,7675sin\left( 100\pi t \right) (A)\] B. \[i=0,707\sin (100\pi t+\frac{\pi }{2})(A)\]

C. \[i=0,707\sin \left( 100\pi t-\frac{\pi }{2} \right) (A)\] D. \[i=1,7675\sin \left( 100\pi t-\frac{\pi }{4} \right) (A)\]

CÂU 8. Chọn câu đúng. Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có R₀= 50\[\Omega \], \[L=\frac{4}{10\pi }H\]và tụ điện có điện dung \[\mathrm{C=}\frac{{{10}^{-4}}}{\pi }F\] và điện trở thuần R = 30\[\Omega \]. Tất cả được mắc nối tiếp với nhau, rồi đặt vào hai đầu đoạn mạch có hiệu điện thế xoay chiều \[u=100\sqrt{2}\sin 100\pi t\text{ }(V)\]. Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch và trên điện trở R lần lượt là:

A. P=28,8W; P_R=10,8W B. P=80W; P_R=30W

C. P=160W; P_R=30W D. P=57,6W; P_R=31,6W

CÂU 9. Chọn câu đúng. Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có R₀= 50\[\Omega \], \[L=\frac{4}{10\pi }H\]và tụ điện có điện dung \[\mathrm{C=}\frac{{{10}^{-4}}}{\pi }F\] và điện trở thuần R thay đổi được. Tất cả được mắc nối tiếp với nhau, rồi đặt vào hai đầu đoạn mạch có hiệu điện thế xoay chiều \[u=100\sqrt{2}\sin 100\pi t\text{ }(V)\]. Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt giá trị cực đại khi R có giá trị:

A. \[110\Omega \] B. \[78,1\Omega \] C. \[10\Omega \] D. \[148,7\Omega \]

CÂU 10. Chọn câu đúng. Cho mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây có R₀= 50\[\Omega \], \[L=\frac{4}{10\pi }H\]và tụ điện có điện dung \[\mathrm{C=}\frac{{{10}^{-4}}}{\pi }F\] và điện trở thuần R thay đổi được. Tất cả được mắc nối tiếp với nhau, rồi đặt vào hai đầu đoạn mạch có hiệu điện thế xoay chiều \[u=100\sqrt{2}\sin 100\pi t\text{ }(V)\]. Công suất tiêu thụ trên điện trở R đạt giá trị cực đại khi R có giá trị:

A. \[110\Omega \] B. \[78,1\Omega \] C. \[10\Omega \] D. \[148,7\Omega \]

CÂU 11. Chọn câu đúng. Cho đoạn mạch gồm biến trở R, cuộn dây có độ tự cảm \[L=\frac{3}{10\pi }H\] và tụ điện có điện dung \[C=\frac{2.1{{0}^{-4}}}{\pi }F\] mắc nối tiếp. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch \[u=120\sqrt{2}sin 100\pi t (V)\]. Điều chỉnh biến trở R đến giá trị R₁ thì công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt giá trị cực đại P_max. Vậy R₁, P_max lần lượt có giá trị:

A. \[{{R}_{1}}=20\Omega , {{P}_{\max }}=360W\] B. \[{{R}_{1}}=80\Omega , {{P}_{\max }}=90W\]

C. \[{{R}_{1}}=20\Omega , {{P}_{\max }}=720W\] D. \[{{R}_{1}}=80\Omega , {{P}_{\max }}=180W\]

C- Đáp án:

CÂU 1. B

Hướng dẫn:

Xét đoạn mạch AN gồm R nt L ta có:

\[{{Z}_{AN}}=\sqrt{{{R}^{2}}+{{Z}_{L}}^{2}}=100\sqrt{5}\Omega ;I=\frac{{{U}_{AN}}}{{{Z}_{AN}}}=\frac{{{U}_{0AN}}}{{{Z}_{AN}}.\sqrt{2}}=\frac{200}{100\sqrt{5}.\sqrt{2}}=0,63A.\]

CÂU 2. C

Hướng dẫn:

Xét đoạn mạch AN ta có Z_AN = 100$\sqrt{5}\Omega $ và I = 0,63A. Trong đoạn mạch trên chỉ có R tiêu thụ điện năng dưới dạng nhiệt năng. Nên công suất tiêu thụ của đoạn mạch là:

\[P=R.{{I}^{2}}=40W.\]

CÂU 3. D

Hướng dẫn:

Biểu thức cường độ dòng điện qua mạch có dạng i = I₀sin(wt - j)

\[{{Z}_{C}}=40\Omega \Rightarrow Z=\sqrt{{{R}^{2}}+Z_{_{C}}^{2}}=50\Omega ;\]\[\]

\[{{I}_{0}}=\frac{{{U}_{0}}}{Z}=\frac{120\sqrt{2}}{50}=2,4\sqrt{2}A\]

\[tg\varphi =-\frac{{{Z}_{C}}}{R}=-\frac{4}{3}\Rightarrow \varphi =-\frac{53\pi }{180}rad\]

\[i=0,24\sqrt{10}\sin \left( 100\pi t+\frac{53\pi }{180} \right) (A)\]

CÂU 4. B

Hướng dẫn:

Biểu thức cường độ dòng điện qua mạch có dạng i = I₀sin(wt - j)

\[{{Z}_{C}}=40\Omega \Rightarrow Z=\sqrt{{{R}^{2}}+Z_{_{C}}^{2}}=50\Omega ;\]

\[{{I}_{0}}=\frac{{{U}_{0}}}{Z}=\frac{120\sqrt{2}}{50}=2,4\sqrt{2}A\]

\[tg\varphi =-\frac{{{Z}_{C}}}{R}=-\frac{4}{3}\Rightarrow \varphi =-\frac{53\pi }{180}rad\]

\[i=0,24\sqrt{10}\sin \left( 100\pi t+\frac{53\pi }{180} \right) (A)\]

Biểu thức hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là có dạng :

\[{{u}_{C}}={{U}_{0C}}\sin \left( 100\pi t+\frac{53\pi }{180}-\frac{\pi }{2} \right) (V);\]

\[\Rightarrow {{u}_{C}}=96\sqrt{2}\sin \left( 100\pi t-\frac{37\pi }{180} \right) (V)\]

CÂU 5. A

Hướng dẫn:

\[{{Z}_{C}}=\frac{1}{\omega C}=50\Omega ;\]

\[\frac{{{U}_{AM}}}{{{Z}_{AM}}}=\frac{{{U}_{MB}}}{{{Z}_{MB}}}\Rightarrow {{Z}_{MB}}={{Z}_{AM}}.\frac{{{U}_{MB}}}{{{U}_{AM}}}=50\sqrt{2}.\frac{200}{40\sqrt{2}}=250\Omega \Leftrightarrow {{R}_{0}}^{2}+{{Z}_{L}}^{2}={{250}^{2}}\text{ (1)}\]

\[{{\varphi }_{MB}}-{{\varphi }_{AM}}=\frac{\pi }{2}\Leftrightarrow {{\varphi }_{MB}}={{\varphi }_{AM}}+\frac{\pi }{2}\Leftrightarrow tg{{\varphi }_{MB}}.tg{{\varphi }_{AM}}=-1\Leftrightarrow \frac{{{Z}_{L}}}{{{R}_{0}}}.\left( -\frac{{{Z}_{C}}}{R} \right)=-1\]

\[\Leftrightarrow \frac{{{Z}_{L}}}{{{R}_{0}}}=1\Rightarrow {{Z}_{L}}={{R}_{0}}\text{ (2)}\]

\[(1)\And (2)\Rightarrow {{Z}_{L}}={{R}_{0}}=176,8\Omega \Rightarrow L=0,56H\]

CÂU 6. C

Hướng dẫn:

Khi \[\text{I = }{{\text{I}}_{\text{max}}}\Rightarrow {{Z}_{L}}={{Z}_{C}}\Rightarrow LC{{\omega }^{2}}=1\Rightarrow C=\frac{1}{L{{\omega }^{2}}}=\frac{1}{0,636.{{(100\pi )}^{2}}}=0,{{159.10}^{-4}}F\]

CÂU 7. A

Hướng dẫn:

Vì \[\text{I = }{{\text{I}}_{\text{max}}}\Rightarrow \]dòng điện và hiệu điện thế cùng pha nhau.

Biểu thức cường độ dòng điện có dạng:\[i={{I}_{0}}.\sin (100\pi t)(A)\]

với \[{{I}_{0}}=\frac{{{U}_{0}}}{Z}=\frac{{{U}_{0}}}{R}=1,7675A.\Rightarrow i=1,7675\sin 100\pi t(A)\]

CÂU 8. B

Hướng dẫn:

\[{{Z}_{L}}=40\Omega ;\mathsf{ }{{Z}_{C}}=100\Omega \]

\[Z=\sqrt{{{(R+{{R}_{0}})}^{2}}+{{({{Z}_{L}}-{{Z}_{C}})}^{2}}}=100\Omega \]

\[I=\frac{U}{Z}=1A\]

Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch: \[P=(R+{{R}_{0}}).{{I}^{2}}=80\text{W}\]

Công suất tiêu thụ trên điện trở R: P_R=30W

CÂU 9. C

Hướng dẫn:

\[P=(R+{{R}_{0}}).{{I}^{2}}=(R+{{R}_{0}}).\frac{{{U}^{2}}}{{{(R+{{R}_{0}})}^{2}}+{{({{Z}_{L}}-{{Z}_{C}})}^{2}}}=\frac{{{U}^{2}}}{R+{{R}_{0}}+\frac{{{({{Z}_{L}}-{{Z}_{C}})}^{2}}}{R+{{R}_{0}}}}=\frac{{{U}^{2}}}{M}\]

\[{{P}_{\max }}\Leftrightarrow {{M}_{\min }}\Leftrightarrow R+{{R}_{0}}=\left| {{Z}_{L}}-{{Z}_{C}} \right|\Leftrightarrow R=\left| {{Z}_{L}}-{{Z}_{C}} \right|-{{R}_{0}}=10\Omega .\]

CÂU 10. B

Hướng dẫn:

\[{{P}_{R}}=R{{I}^{2}}=R.\frac{{{U}^{2}}}{{{(R+{{R}_{0}})}^{2}}+{{({{Z}_{L}}+{{Z}_{C}})}^{2}}}\]

Khảo sát \[{{P}_{R}}=f(R).\] Ta được kết quả \[R=\sqrt{{{R}_{0}}^{2}+{{({{Z}_{L}}-{{Z}_{C}})}^{2}}}\] thì \[P={{P}_{m\text{ax}}}\]

Thay số \[R=78,1\Omega \]

CÂU 11. A

Hướng dẫn:

\[{{Z}_{L}}=\omega L=100\pi .\frac{3}{10\pi }=30\Omega \]

\[{{Z}_{C}}=\frac{1}{\omega C}=50\Omega \]

\[P=R{{I}^{2}}=R.\frac{{{U}^{2}}}{{{R}^{2}}+{{({{Z}_{L}}-{{Z}_{C}})}^{2}}}=\frac{{{U}^{2}}}{R+\frac{{{({{Z}_{L}}-{{Z}_{C}})}^{2}}}{R}}=\frac{{{U}^{2}}}{M}\]

\[P={{P}_{\max }}\Rightarrow M={{M}_{\min }}\Leftrightarrow R=\left| {{Z}_{L}}-{{Z}_{C}} \right|=20\Omega .\]

\[{{P}_{\max }}=\frac{{{U}^{2}}}{2R}=\frac{{{120}^{2}}}{2.20}=360W.\].

Chúc các bạn học tốt! Ng.M.N