A. Lý thuyết I. Nguyên lí hoạt động của máy phát điện xoay chiều Máy phát điện: Là thiết bị dùng để biến cơ năng thành điện năng. Máy phát điện xoay chiều: Là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng xoay chiều. Nguyên lí hoạt động: 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. Phân loại: Người ta chia ra làm hai loại Máy phát điện xoay chiều 1 pha; Máy phát điện xoay chiều 3 pha. II. Máy phát điện xoay chiều một pha 1. Cấu tạo: Gồm: Phần cảm: tạo ra từ trường biến thiên, là nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện. Các nam châm mắc xe kẽ nối tiếp nhau 1 cực Bắc và một cực Nam được gọi là các cặp cực. Phần ứng: là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng. Phần đặt cố định gọi là stato, phần còn lại quay quanh một trục gọi là roto. 2. Hoạt động Cách 1: Phần ứng quay (roto), phần cảm cố định (stato) Stato là nam châm đặt cố định. Roto là khung dây quay quanh một trục trong từ trường tạo bởi nam châm (Stato). Cách 2: Phần cảm quay, phần ứng cố định Stato: là các cuộn dây có lõi sắt. Roto: là nam châm điện. 3. Tần số của máy phát điện xoay chiều 1 pha f = p.nTrong đó p: Là số cặp cực n: tốc độ quay của roto (vòng/giây) f: tần số của máy phát điện xoay chiều 1 pha. Đổi đơn vị: n (vòng/giây) = n/60 vòng/phút. III. Máy phát điện xoay chiều 3 pha Máy phát điện xoay chiều 3 pha là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau $\frac{2\pi }{3}$. 1. Cấu tạo Stato: gồm 3 cuộn dây giống nhau gắn cố định trên một đường trong lệch nhau một góc 1200. Roto: Là một nam châm có thể quay quanh một trục cố định với tốc độ quay không đổi là w. 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 $\frac{2\pi }{3}$. 2. Cách mắc mạch ba pha Máy phát điện ba pha được nối với ba mạch tiêu thụ điện năng. Các tải có cùng điện trở, dung kháng, cảm kháng (các tải đối xứng). Trong máy phát điện xoay chiều ba pha, có hai cách lắp tải: Mắc hình sao Mắc hình tam giácĐiện áp pha: u1O, u2O, u3O là các điện áp pha, u12, u23, u31 là các điện áp dây. Mối liên hệ giữa điện áp dây hiệu dụng và điện áp pha hiệu dụng: Mắc hình sao: Udây = $\sqrt{3}$Upha Mắc tam giác: Ud = Up 3. Dòng ba pha Dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều ba pha phát ra là dòng ba pha. Dòng ba pha là hệ ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha với nhau $\frac{2\pi }{3}$ từng đôi một. 4. Ưu điểm của dòng ba pha Tiết kiệm dây dẫn, tiết kiệm chi phí. Cung cấp động cơ điện ba pha dùng trong các nhà máy. B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI Bài 1 trang 94 sgk vật lý 12. Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào? Bài giải. Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc của hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi từ thông xuyên qua một khung dây kín biến thiên thì trong khung suất hiện một suất điện động cảm ứng. Bài 2 trang 94 sgk vật lý 12. Phân biệt dòng một pha với dòng ba pha. Bài giải. Dòng xoay chiều một pha là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cos. Dòng ba pha là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều cùng một pha có cùng tần số nhưng lệch nhau từng đôi 1 góc = 1200 => dòng 1 pha là thành phần của dòng 3 pha Bài 3 trang 94 sgk vật lý 12. Trong máy phát điện xoay chiều một pha, từ trường quay có vectơ \(\overrightarrow{B}\) quay 300 vòng/ phút tạo bởi 20 cực nam châm điện (10 cực nam và 10 cực bắc) quay với tốc độ bao nhiêu ? A. 10 vòng/giây; B. 20 vòng/giây; C. 5 vòng/ giây; D. 100 vòng/ giây Bài giải: C. n = 300 vòng/giây = 5 vòng/s số cặp cực nam châm p = 10. Vậy f = np = 50 vòng/giây. Bài 4 trang 94 sgk vật lý 12. Trong trường hợp ba suất điện động của máy phát ba pha mắc theo hình sao và ba tải cũng được mắc theo hình sao thì phải có bốn đường dây nối từ nguồn đến tải. Hãy xét trường hợp ba tải đối xứng và chứng minh rằng trong số bốn đường dây nối ấy có một đường dây tại đó cường độ dòng điện luôn bằng 0 (đường dây trung hòa). Bài giải. Vì ba tải đối xứng nên ba vecto quay của ba dòng điện trong các tải đó có dạng như hình 17.2. Dòng điện qua dây trung hòa là tổng của ba dòng điện qua ba tải. Do tính đối xứng ta có : $\overrightarrow{I_1} + \overrightarrow{I_2} + \overrightarrow{I_3} = \overrightarrow{0}$. Vậy dòng điện qua dây trung hòa bằng 0.
