Máy phát điện xoay chiều là một loại động cơ rất phổ biến trong cuộc sống của chúng ta. Không chỉ được dùng trong sản xuất mà máy phát điện còn được ứng dụng trong sinh hoạt. Bài hôm nay ta cùng tìm hiểu về loại máy này.
I. Giới thiệu chung
Định nghĩa: 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
Cấu tạo: Luôn có hai bộ phận chính:
- Phần cảm: Phần tạo ra từ trường, thường là nam châm
- Phần ứng: Phần tạo ra dòng điện, là các cuộn dây
- Một trong hai phần đứng yên gọi là stato, phần còn lại quay quanh một trục gọi là rôto
Phân loại: Gồm máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha
1. Máy phát điện xoay chiều 1 pha
Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha này gồm 2 loại:
- Loại 1: Rôto là phần cảm (Nam châm quay) -> Stato là phần ứng
- Loại 2: Stato là phần cảm (Nam châm đứng yên) -> Rôto là phần ứng
Với cách hoạt động thứ 2, người ta chỉ áp dụng với các máy có công suất nhỏ, sử dụng trong phòng thí nghiệm. Để lấy điện ra từ máy phát điện xoay chiều một pha hoạt động theo cách 2, phải lấy điện ra bằng bộ góp (gồm 2 vành khuyên và chổi quét tì lên 2 vành khuyên).
– Tần số của dòng điện xoay chiều do máy phát ra:
f=np/60
Trong đó:
- p: Số cặp cực
- n (vòng/ phút): Tốc độ quay của rôto
– Mối liên hệ giữa từ thông và suất điện động e:
2. Máy phát điện xoay chiều 3 pha
Có đặc điểm tương tự như máy phát điện xoay chiều 1 pha, nhưng cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 3 pha có một vài điểm khác biệt. Stato của máy là phần ứng gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau, đặt lệch nhau 120 độ trên 1 vành tròn, Rôto là 1 nam châm điện.
Định nghĩa: 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 2π/3.
Trên thực tế để nối điện từ máy phát điện xoay chiều 3 pha ra ngoài, người ta mắc mạch điện thành 2 cách: Hình sao và hình tam giác.
Với cách mắc hình sao, người ta đấu lại 3 điểm đầu của dây chập lại, 3 điểm còn lại tách ra 3 dây, 3 dây chập lại nối ra ngoài thành một sợi dây gọi là dây trung hòa (dây nguội), 3 sợi dây kia gọi là dây nóng
Với cách mắc tam giác, điểm đầu của cuộn này đấu với điểm cuối cuộn kia.
Bằng 2 cách mắc trên người ta tiết kiệm được rất nhiều dây dẫn.
Trong nhà máy, người ta ưu tiên sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha vì nó có 1 ưu thế đó là tạo ra từ trường quay để sử dụng cho động cơ không đồng bộ 3 pha.
II. Ứng dụng
Điện xoay chiều là một nguồn năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của chúng ta hiện nay. Điện xoay chiều được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực, và tùy vào lĩnh vực nào mà người ta sẽ sử dụng từng loại điện xoay chiều sao cho phù hợp.
1. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều 1 pha
Dòng điện xoay chiều 1 pha có công suất nhỏ nên thường được ứng dụng trong sinh hoạt hàng ngày. Dùng cho các thiết bị như: đồ điện gia dụng, máy bơm,…
2. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều 3 pha
Dòng điện xoay chiều 3 pha có công suất lớn và hiệu suất cao nên phù hợp truyền tải những thiết bị sản xuất công nghiệp. Rất hay được ứng dụng trong các ngành chăn nuôi, sản xuất, chế biến,…
III. Bài tập dòng điện xoay chiều
VD1: Một máy phát điện có 4 cặp cực, rôto quay với tốc độ 30 vòng/phút, một máy phát điện thứ hai 5 cặp cực. Để hai dòng điện do hai máy phát ra hòa vào cùng một mạch điện thì rôto của máy thứ hai phải có tốc độ bao nhiêu?
Giải:
Hòa vào cùng một mạch điện tức là tần số của hai máy phát bằng nhau.
VD2: Một máy phát điện xoay chiều 1 pha tạo ra tần số 60Hz để duy trì hoạt động của 1 thiết bị kĩ thuật (chỉ hoạt động với tần số 60Hz). Nếu thay rô to của máy bằng 1 rô to khác nhiều hơn 1 cặp cực thì số vòng quay của rô to trong 1 giờ thay đổi 7200 vòng. Tìm số cặp cực của rô to ban đầu?
Giải:
f=np/60=60
Thay rô to bằng 1 rô to khác nhiều hơn 1 cặp cực
=> Số vòng quay giảm trong 1 giờ 7200 vòng
=> Trong 1 phút n’=7200/60=120 vòng/phút
Vì thiết bị chỉ hoạt động với tần số 60 Hz nên:
f’=n’*p’/60= (n-120)*(p+1)/60=60
Ta có:
f=np=60
f’=(n-120)*(p+1)/60=60
=> n=720 vòng/phút
p=5
VD3: Một khung dây dẫn phẳng quay đều với tốc độ góc w quanh một trục cố định nằm trong mặt phẳng khung dây, trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay của khung. Suất điện động cảm ứng trong khung có biểu thức e=E0 cos(wt+π/2). Tại thời điểm t=0, véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc bằng:
Giải:
VD4: Phần cảm của một máy phát điện xoay chiều một pha có hai cặp cực. Các cuộn dây của phần ứng mắc nối tiếp vào có số vòng tổng cộng là 240 vòng. Từ thông cực đại qua mỗi vòng dây và có tốc độ quay của rô to phải có giá trị thế nào để suất điện động có giá trị hiệu dụng 220 V và tần số 50 Hz?
Giải:
VD5: Một động cơ điện xoay chiều khi hoạt động bình thường với điện áp hiệu dụng 220 V thì sinh ra công suất cơ học là 170 W. Biết động cơ có hệ số công suất 0,85 và công suất tỏa nhiệt trên dây quấn động cơ là 17 W. Bỏ qua các hao phí khác, cường độ dòng điện cực đại qua động cơ là:
Giải:
Xem thêm:
