Máy phát điện xoay chiều 1 pha và 3 pha là khái niệm mà ta đã nghe và cũng quen thuộc trong thực tế, và các em cũng biết làm thế nào để tạo ra dòng điện 1 chiều từ dòng điện xoay chiều.
Vậy máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động như thế nào? cách mắc mạch mạch điện 3 pha hình sao, hình tam giác có gì khác với cách mắc song song và nối tiếp chúng ta thường dùng trong dòng điện không đổi, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
I. Máy phát điện xoay chiều:
Bạn đang xem: Máy phát điện xoay chiều 1 pha, 3 pha, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động – Vật lý 12 bài 17
1. Máy phát điện xoay chiều là gì?
– Máy phát điên xoay chiều là thiết bị tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ hay máy phát điện xoay chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng.
2. Cấu tạo máy phát điện xoay chiều
• Gồm 2 bộ phận chính:
– Phần cảm: tạo ra từ trường là nam châm [thường là nam châm điện]
– Phần ứng: tạo ra dòng điện là cuộn dây
• Phần đứng yên gọi là Stato, phần còn lại quay quanh một trục gọi là Roto
II. Máy phát điện xoay chiều 1 pha
• Máy phát điện xoay chiều một pha được cấu tạo bởi hai bộ phận chính:
– Phần cảm [rôto]: là nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, đây là phần tạo ra từ trường.
– Phần ứng [stato]: là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động
• Khi quay, nam châm [lúc này là rôto] tạo ra từ trường quay, sinh ra suất điện động xoay chiều trong các cuộn dây cố định [stato].
III. Máy phát điện xoay chiều 3 pha
1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
a] Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3 pha
– Máy phát điện xoay chiều 3 pha cấu tạo gồm stato có 3 cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn lên 3 lõi sắt đặt lệch nhau 1200 trên một đường tròn, rôto là một nam châm điện.
b] Nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều 3 pha
– Khi rôto quay đều, tạo ra từ trường quay, sinh ra hệ ba suất điện động trong ba cuộn dây giống nhau cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha 120o.
– Nếu nối các đầu dây của 3 cuộn với ba mạch ngoài [3 tải tiêu thụ] giống nhau thì ta có hệ ba dòng điện cùng biên độ, tần số nhưng lệch nhau về pha 1200.
2. Cách mắc mạch ba pha
a] Cách mắc mạch 3 pha hình sao
– Ba điểm đầu của 3 cuộn dây được nối với 3 mạch ngoài bằng 3 dây dẫn, gọi là dây pha. Ba điểm cuối nối chung với nhau trước rồi nối với 3 mạch ngoài bằng một dây dẫn gọi là dây trung hòa.
– Khi mắc hình sao ta có: Ud = √3.Up [Ud là điện áp giữa 2 dây pha, Up là điện áp giữa dây pha và dây trung hòa].
b] Cách măc mạch 3 pha hình tam giác
3. Dòng ba pha
– Dòng điện xoay chiều 3 pha: là hệ thống gồm 3 dòng điện xoay chiều 1 pha được tạo ra từ 3 suất điện động cùng biên độ, cùng tần số, lệch pha nhau từng đôi một, một góc 1200 [2π/3].
4. Những ưu việt của dòng điện ba pha
– Truyền tải điện năng đi xa bằng dòng ba pha tiết kệm được dây dẫn so với truyền tải điện năng bằng dòng một pha.
– Cung cấp điện cho các động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp.
IV. Bài tập về Máy phát điện xoay chiều
* Bài 1 trang 94 SGK Vật Lý 12: Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào?
° Lời giải bài 1 trang 94 SGK Vật Lý 12:
– Nguyên tắc hoạt động của các máy điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
* Bài 2 trang 94 SGK Vật Lý 12: Phân biệt dòng điện một pha với dòng ba pha.
° Lời giải bài 2 trang 94 SGK Vật Lý 12:
– Dòng 1 pha: là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật hàm số sin hay côsin.
– Dòng 3 pha: là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều một pha có cùng tần số nhưng lệch pha nhau 120o từng đôi một.
→ Như vậy dòng điện một pha là một thành phần trong hệ thống dòng xoay chiều 3 pha.
* Bài 3 trang 94 SGK Vật Lý 12: Trong máy phát điện xoay chiều một pha, từ trường quay có vecto 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/s; B. 20 vòng/s;
C. 5 vòng/s; D. 100 vòng/s;
° Lời giải bài 3 trang 94 SGK Vật Lý 12:
¤ Chọn đáp án: C. 5 vòng/s;
– Tốc độ quay của từ trường: n = 300 vòng/phút = 300/60 = 5 [vòng/s]
[Tốc độ quay của từ trường khác với tần số dòng điện xoay chiều sinh ra là f = p.n, p là số cặp cực từ].
* 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 bằng không [đường dây trung hòa].
° Lời giải bài 4 trang 94 SGK Vật Lý 12:
– Khi các suất điện động và tải đối xúng đều mắc hình sao thì dòng điện trong các tải có cùng biên độ, tần số, và các dòng đôi một lệch pha nhau góc 2π/3 [tức 1200].
– Biểu thức cường độ dòng điện trong các tải là:
i1 = I0.cosωt; i2 = I0.cos[ωt – 2π/3]; i3 = I0.cos[ωt + 2π/3]
⇒ cường độ dòng điện trong dây trung hòa là:
i = i1 + i2 + i3 = I0.cosωt+ I0.cos[ωt – 2π/3] + I0.cos[ωt + 2π/3]
– Tổng hợp ba hàm điều hòa trên bằng giản đồ vectơ, ta được: i = 0;
⇒ Dòng điện qua dây trung hòa bằng 0.
Từ nội dung bài viết về Máy phát điện xoay chiều 1 pha, 3 pha, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động cùng bài tập vận dụng ở trên, hy vọng các em đã hiểu rõ hơn, mọi thắc mắc và góp ý các em hãy để lại bình luận dưới bài viết để THPT Sóc Trăngghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
Đăng bởi: THPT Sóc Trăng
Chuyên mục: Giáo Dục
Câu hỏi:Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên:
A.hiện tượng tạo ra từ trường quay.
B.hiện tượng cảm ứng điện từ.
C.hiện tượng quang điện.
D.hiện tượng tự cảm.
Lời giải:
Đáp án đúng:B.hiện tượng cảm ứng điện từ.
Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Giải thích:
Với dòng điện xoay chiều, bạn có thể tạo ra theo 2 cách đơn giản như sau:
- Cách thứ nhất, bạn cho nam châm chạy xung quanh 1 cuộn dây dẫn kín.
- Cách thứ hai, bạn cho cuộn dây dẫn kín quay xung quanh từ trường của nam châm. [đây là cách dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ]
Hãy cùng Toploigiai đi tìm hiểu thêm về dòng điện xoay chiều nhé.
1. Dòng điện xoay chiều là gì?
Dòng điện xoay chiều hay còn được gọi là dòng điện AC [Alternating Current]. Đây là dòng điện cường độ và chiều thay đổi theo thời gian, sự thay đổi này thường tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định. Dòng điện xoay chiều được tạo ra do biến đổi nguồn điện một chiều hoặc tư các máy phát điện xoay chiều. Các đồ dùng điện quen thuộc với chúng ta thường sử dụng nguồn điện xoay chiều: máy lạnh, máy giặt, tủ lạnh …
Cách tạo ra dòng điện xoay chiều là gì?
Sau khi đã tìm nắm được khái niệm dòng điện AC là gì? Nhiều bạn bắt đầu tìm hiểu về cách tạo ra dòng điện này. Nếu bạn đang quan tâm đến chủ đề này, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu rõ hơn nhé!
Với dòng điện này, bạn có thể tạo ra theo 2 cách đơn giản như sau:
- Cách thứ nhất, bạn cho nam châm chạy xung quanh 1 cuộn dây dẫn kín.
- Cách thứ hai, bạn cho cuộn dây dẫn kín quay xung quanh từ trường của nam châm.
Có 2 cách tạo ra dòng điện AC đơn giản2. Những đại lượng cần biết của dòng điện xoay chiều
a. Công suất dòng điện xoay chiều và cách tính
Công suất của dòng điện xoay chiều phụ thuộc 3 đại lượng: cường độ của dòng điện, điện áp và độ lệch pha của cường độ so với điện áp.
- Công suất dòng điện xoay chiều được tính như sau:
P = U.I.cosα
Trong đó:
+ P: biểu hiện cho công suất của dòng điện xoay chiều [W]
+ U: là điện áp [V]
+ I: là cường độ dòng điện [A]
+ α: chính là độ lệch pha giữa cường độ của dòng điện và điện áp
b. Cách tính chu kỳ và tần số
-Chu kỳ củadòng điện xoay chiều: Được ký hiệu là T và được tính bằng giây [s], là khoảng thời gian mà dòng điện xoay chiều trở lại vị trí ban đầu.
-Tần số điện xoay chiều: Được ký hiệu là F và có đơn vị tính là Hz. Đại lượng này thể hiện số lần lặp lại trang thái cũ của dòng điện xoay chiều trong một giây.
-Công thức tính tần số như sau:
F=1/T
Với F là tần số, T là chu kỳ
3. Tác dụng của dòng điện xoay chiều
Cũng tương tự như dòng điện một chiều, tác dụng dòng điện xoay chiều cũng có tác động nhiệt, phát sáng, tác động từ. Một điểm khác với dòng điện một chiều là đối với dòng điện xoay chiều, khi dòng điện đổi chiều thì lực từ tác dụng lên nam châm cũng đổi chiều.
- Tác dụng nhiệt
Tác dụng nhiệt là một trong những tác dụng đầu tiên phải đề cập của dòng điện xoay chiều. Chúng ta có thể lấy ví dụ về bóng đèn dây tóc để dễ hình dung. Chúng ta sẽ cảm nhận được nhiệt lượng từ bóng đèn khi nó hoạt động. Đây chính là tác dụng nhiệt, một số sản phẩm khác của tác dụng nhiệt có ích cho đời sống phải kể đến như: bàn ủi, lò sưởi điện,...
- Tác dụng quang
Minh chứng cho tác dụng quang của dòng điện xoay chiều là các loại bóng đèn phát sáng như: bóng đèn bút thử điện, bóng đèn dây tóc, bút đèn bút thử điện,...
- Tác dụng từ
Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều rất dễ dàng nhận biết khi chúng ta đưa một đinh sắt lại gần cuộn dây. Khi cuộn dây hút đinh sắt vào, chính là biểu hiện của tác dụng từ.
Ngoài ra, tác dụng từ của cuộn dây lên nam châm cũng sẽ thay đổi khi dòng điện đổi chiều.
4. Điểm khác nhau giữa dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều
Dòng điện một chiều là dòng điện không có sự thay đổi theo thời gian và theo một hướng cố định. Dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều cũng có những ứng dụng và biểu hiện khác nhau dễ phân biệt như:
-Các nhà máy phát điện và các loại máy phát điện sản xuất ra dòng điện xoay chiều mà chúng ta sinh hoạt hằng ngày, vì dòng điện này dễ truyền tải đi xa. Điều này giúp cho những vùng quê xa nhà máy vẫn có thể có nguồn điện sử dụng. Khác với dòng điện xoay chiều, dòng điện một chiều đều được sản xuất từ: ắc quy, pin và năng lượng mặt trời… nên thường không truyền tải điện đi xa vì có thể mất rất nhiều năng lượng.
-Dòng điện một chiều có tần số trực tiếp bằng 0 nên chỉ có thể chảy theo một hướng nhất định. Ngược lại, nguồn phát dòng điện xoay chiều thường có tần số là 50Hz và 60Hz, nên có thể đảo ngược
-Một điểm dễ phân biệt hơn là các bản vẽ mạch điện, hầu như các dạng sóng biểu thị dòng điện một chiều là một đường thẳng. Trong khi đó, điện xoay chiều lại được thể hiện dưới dạng đa dạng như dạng hình sin, hình tam giác, hình vuông và hình thang.
Biểu đồ dòng điện xoay chiều và một chiềuMong những thông tin trên có thể giúp bạn hiểu điểu được dòng điện xoay chiều cũng như kiến thức về ngành điện nói chung. Ngoài ra, nếu bạn cần nhữngsản phẩm dây cáp điện, hãy tin tưởng thương hiệu Trần Phú. Công ty Cổ phần Cơ điện Trần Phú tự hào là thương hiệu quốc gia với 36 kinh nghiệm sản xuất các loại dây dẫn điện, đạt nhiều giải thưởng trong và ngoài nước.
5. Sự khác nhau giữa dòng điện 1 pha và 3 pha
- Dòng điện xoay chiều 1 pha
Dòng điện xoay chiều 1 pha là dòng mà ở trong mạch điện có hai dây nối cùng với nguồn điện. Chiều hướng của cường độ dòng điện trong mạch AC thay đổi nhiều lần tùy thuộc vào tần số của nguồn điện bên trong mạch.
Dòng điện 220V được cấp cho từng hộ gia đình sử dụng đều là điện xoay chiều 1 pha, có 2 dây gồm dây pha và dây trung tính.
-Dòng điện xoay chiều 3 pha
Đây là dòng điện trong mạch điện xoay chiều gần giống như 3 đường điện 1 pha chạy song song với nhau và cùng chung 1 dây trung tính. Vì thế,hệ thống điện trong sinh hoạt thường ngày thường có 4 dây, 3 dây nóng và 1 dây lạnh [trung tính - 0V].
6. Ứng dụng của điện xoay chiều trong đời sống
Không thể phủ nhận tầm quan trọng của sự phát triển của hệ thống điện đối với phát triển kinh tế và nâng cao chất lượng cuộc sống. Nó là điều kiện tiên quyết để các thiết bị điện hoạt động. Bạn có thể tham khảo một số ứng dụng của dòng điện xoay chiều đối với cuộc sống trong phần dưới đây.
-Ứng dụng của dòng điện xoay chiều 1 pha
Dòng điện này chính là dòng điện sử dụng nhằm phục vụ các nhu cầu trong hộ gia đình. Cụ thể là dùng để chạy các thiết bị có công suất nhỏ và không hao phí nhiều điện năng. Ví dụ như tivi, quạt, đèn chiếu sáng, tủ lạnh, máy sấy tóc,…
-Ứng dụng của dòng điện xoay chiều 3 pha
Điện xoay chiều 3 pha được dùng để truyền tải, sản xuất trong công nghiệp. Bởi quá trình này cần sử dụng các thiết bị điện công suất lớn nhằm khắc phục tình trạng hao tổn điện năng. Máy phát điện 3 pha sẽ tạo ra dòng điện 3 pha khỏe hơn 1 pha. Nó giúp cho hiệu suất hoạt động của máy móc được hiệu quả hơn. Vì thế, sử dụng máy phát điện 3 pha và dòng xoay chiều 3 pha là phương án an toàn, hiệu quả và tiết kiệm.
Như vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu những thông tin về dòng điện xoay chiều là gì? Nó đóng vai trò không thể thiếu đối với con người, đặc biệt là trong cuộc sống hiện đại. Mong rằng, những thông tin liên quan đến dòng điện AC trong bài sẽ mang lại nhiều điều thú vị cho bạn.