Vật lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều được THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn hy vọng sẽ là là tài liệu hữu ích giúp các em nắm vững kiến thức bài học và đạt kết quả tốt trong các bài thi, bài kiểm tra trên lớp.
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 17
I) Máy phát điện xoay chiều một pha.
– Khái niệm: là máy tạo ra một suất điện động xoay chiều hình sin.
– Cấu tạo: phần cảm: các nam châm
Phần ứng: các cuộn dây nối với nhau.
Phần nào quay sẽ được gọi là rôto, phần nào đứng yên sẽ gọi là stato.
– Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Phần cảm với p nam châm (p cặp cực) tạo ra một từ thông xuyên qua phần ứng (khung dây). Khi một trong hai bộ phận quay với tốc độ n (vòng/s) thì từ thông qua phần ứng sẽ biên thiên với tần số f = pn, nên ở phần ứng sẽ có một suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số f.
II) Máy phát điện xoay chiều ba pha
– Khái niệm: là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau 2π/3.
– Cấu tạo: Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên 1 vành tròn tại 3 vị trí đối xứng.
Một nam chân quay quanh trục O với tốc độ góc ω không đổi
– Nguyên tắc hoạt động: tương tự máy phát điện xoay chiều một pha. Khi nam châm quay ừ thông của mỗi cuộn dây sẽ biên thiên với tần số góc ω, cùng biên độ, nhưng lệch pha nhau 2π/3( do ba cuộn dây được đặt tại 3 vị trí đối xứng ( 3 trục của 3 cuộn dây đồng quy tại O và lệch nhau 2π/3)
– Ứng dụng: tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha: là hệ 3 dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 2π/3, nếu tải là đối xứng thì 3 dòng điện có cùng biên độ.
Ưu điểm của dòng điện ba pha: truyền tải điện năng đi xa tiết kiệm dây, cung cấp điện cho các độ cơ điện ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp.
Giải bài tập SGK Vật Lí 12 Bài 17
Bài 1 (trang 94 SGK Vật Lý 12)
Các máy phát điện xoay chiều nói chung dựa trên nguyên tắc nào ?
Lời giải:
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:
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:
Tốc độ quay của từ trường: n = 300 vòng/phút = 300/60 = 5 (vòng/s)
(ở đây bài hỏi về tốc độ quay của từ trường nên không được nhầm lẫn với tần số dòng xoay chiều sinh ra là f = p.n, p là số cặp cực từ)
Chọn đáp án C.
Bài 4 (trang 11 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:
+ 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.
+ 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)
Cộng ba hàm điều hòa trên bằng giãn đồ vectơ.
Ta thấy
nên I023 = I0 = I01 và
Trắc nghiệm Vật lí 12 Bài 17 có đáp án
Bài 1: 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
Lời giải
– Phương trình (*) có dạng phương trình bậc 2 đối với I.
– Để phương trình có nghiệm thì:
Chọn đáp án A
Bài 2: 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:
Lời giải
– Ta có:
– Khi e1 = E0; ωt = 2kπ , thay vào biểu thức tính e2 và e3 ta có kết quả:
Chọn đáp án D
Bài 3: 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
Lời giải
– Khi mạch ngoài của máy phát nối với cuộn cảm thì dòng điện qua cuộn cảm không phụ thuộc vào tốc độ quay của roto → khi roto quay với tốc độ n và 3n thì dòng trong mạch luôn là I.
Chọn đáp án A
Bài 4: 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.
Lời giải
– Máy phát điện xoay chiều có ba phần gồm ba cuộn dây (phần ứng) mắc trên một vành tròn tại ba vị trí đối xứng, trục của ba vòng dây lệch nhau một góc 120°
– Nam châm (phần cảm) quay quanh một trục đóng vai trò là roto.
Chọn đáp án C
Bài 5: 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.
Lời giải
– Cường độ dòng điện mạch ngoài:
– Khi tốc độ quay của roto tăng lên gấp đôi thì dòng điện hiệu dụng tăng lên 4 lần:
Chọn đáp án D
Bài 6: 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?
Lời giải
– Tần số của dòng điện do máy phát ra:
Chọn đáp án D
Bài 7: 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.
Lời giải
– Tốc độ quay của roto:
Chọn đáp án C
Bài 8: 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.
Lời giải
– Tần số của suất điện động:
Chọn đáp án D
Bài 9: 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.
Lời giải
– Ta có:
Chọn đáp án B
Bài 10: 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.
Lời giải
– Ta có:
Chọn đáp án D
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
Lời giải
– Ta có: f = np
⇒ n = f/p = 50/4 = 12,5 vòng/s = 750 vòng/phút.
Chọn đáp án B
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
Lời giải
– Vì tải mắc hình sao có dây trung hòa, nên các pha độc lập nhau.
– Do đó khi một pha tiêu thụ điện bị hở thì cường độ dòng điện trong hai pha còn lại không bị ảnh hưởng, tức là không thay đổi.
Chọn đáp án C
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
Lời giải
– Ta có: f = 50Hz = p.n với n = 1500/60 = 25 vòng/s
– Suy ra: n = f/p = 50/25 = 2 cặp cực
Chọn đáp án A
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
Lời giải
– Ta có:
– Điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây nơi máy phát điện là :
Chọn đáp án C
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)
Lời giải
– Trong động cơ không đồng bộ ba pha, roto quay với tốc độ góc ω < ωđiện
⇒ 1/f > Tđiện = T
Chọn đáp án B
Bài 16: Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu một cuộn dây không thuần cảm có điện trở r = 10π Ω và độ tự cảm L. Biết rôto của máy phát có một cặp cực, stato của máy phát có 20 vòng dây và điện trở thuần của cuộn dây là không đáng kể. Cường độ dòng điện trong mạch được đo bằng đồng hồ đo điện đa năng hiện số. Kết quả thực nghiệm thu được như đồ thị trên hình vẽ.
– Giá trị của L là:
A. 0,25 H.
B. 0,30 H.
C. 0,20 H.
D. 0,35 H.
Lời giải
– Cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch:
– Từ đồ thị ta xác định được hai cặp giá trí tương ứng của x và y:
⇒ Ta có hệ:
Chọn đáp án A
Bài 17: Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 2/π H, tụ điện có điện dung C = 10-4/π F, điện trở R = 100 Ω. Bỏ qua điện trở thuần của các cuộn dây máy phát. Biết rô to máy phát có hai cặp cực.
– Khi rô to quay đều với tốc độ n = 1500 vòng/ phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch là (A√2)/2.
– Khi thay đổi tốc độ quay của rô to đến giá trị n0 thì điện áp hiệu dụng trên tụ điện có giá trị cực đại là UCmax, giá trị của n0 là UCmax lần lượt là:
A. 750√2 vòng/phút; 100 V.
B. 750√2 vòng/phút; 50√3 V.
C. 6000 vòng/phút; 50 V.
D. 1500 vòng/phút; 50√2 V.
Lời giải
– Khi tốc độ quay của động cơ là 1500 vòng/phút thì tần số của dòng điện là:
f = pn/60 = 50Hz
– Khi đó, ta tính được:
ZL = 200Ω, ZC = 100Ω và R = 100Ω
– Và ta tính được tổng trở của mạch Z = 100√2 Ω
– Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khi đó là:
U = IZ = 100 V
– Khi tốc độ quay của động cơ là n0 thì điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại, tần số của dòng điện trong mạch khi đó là f0.
– Ta có:
– Khi đó tốc độ quay của động cơ là:
– Mặt khác, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khi này là:
– Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện khi này:
Chọn đáp án A
Bài 18: Trong máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động ổn định, suất điện động cảm ứng cực đại trên mỗi pha là E0 . Khi từ thông qua cuộn dây thứ nhất đạt cực đại thì suất điện động cảm ứng trên hai cuộn còn lại là e2 và e3 có giá trị là:
Lời giải
– Giả sử suất điện động trong cuộn dây thứ nhất là: e = E0.cos (ωt) thì suất điện động trong hai cuộn dây kia là:
– Khi từ thông qua cuộn dây thứ nhất đại cực đại thì tức là e = 0. (vì e sớm pha hơn từ thông một góc 90 độ) nên ta có:
Chọn đáp án B
Bài 19: Trong mạng điện 3 pha tải đối xứng, khi cường độ dòng điện qua một pha là cực đại I0 thì dòng điện qua hai pha kia sẽ có cường độ:
A. bằng I0/3, ngược chiều với dòng trên.
B. bằng I0/2, cùng chiều với dòng trên.
C. bằng I0/3, cùng chiều với dòng trên.
D. bằng I0/2, ngược chiều với dòng trên.
Lời giải
– Trong mạng điện 3 pha tải đối xứng, khi cường độ dòng điện qua một pha là cực đại I0 thì dòng điện qua hai pha kia sẽ có cường độ bằng I0/2, ngược chiều với dòng trên.
Chọn đáp án D
Bài 20: Tại thời điểm t, suất điện động ở một cuộn dây của máy phát điện xoay chiều 3 pha là thì suất điện động ở 2 cuộn dây còn lại có giá trị là:
Lời giải
– Ta có giản đồ sau:
– Từ giản đồ ta có:
Chọn đáp án B
Bài 21: 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.
Lời giải
– Máy phát điện xoay chiều có ba phần gồm ba cuộn dây (phần ứng) mắc trên một vành tròn tại ba vị trí đối xứng, trục của ba vòng dây lệch nhau một góc 120°.
– Nam châm (phần cảm) quay quanh một trục đóng vai trò là roto.
Chọn đáp án C
Bài 22: Đoạn mạch RLC nối tiếp được mắc vào hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha có rôto là nam châm điện một cặp cực. Thay đổi tốc độ quay của rôto. Khi rôto quay với tốc độ 30 vòng/s thì dung kháng của tụ điện bằng R, khi quay với tốc độ 40 vòng/s thì điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại và khi quay với tốc độ n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch đạt giá trị cực đại. Giá trị n là:
A. 120.
B. 50.
C. 80.
D. 100.
Lời giải
– Với n = n1 , ta có ZC1 = R = 1 (ta chuẩn hóa R=1 )
– Khi n = n2 = 4.n1/3 ⇒ ZC2 = 3/4 , điện áp hiệu dụng trên tụ cực đại:
– Khi n = n3 (giả sử gấp a lần n1 ), cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là cực đại:
– Thay kết quả cuân hóa vào phương trình trên, ta được:
Chọn đáp án A
Bài 23: Một máy phát điện xoay chiều một pha sản xuất ra suất điện động có biểu thức e = 1000√ sin(100πt)V . Nếu rô to quay 600 vòng/phút thì số cặp cực là:
A. p = 10.
B. p = 5.
C. p = 4.
D. p = 8.
Lời giải
– Từ phương trình suất điện động ta có:
– Ta có:
Chọn đáp án B
Bài 24: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha, trên mỗi cuộn dây của stato có suất điện động cực đại là E0. Khi suất điện động tức thời ở cuộn dây thứ nhất triệt tiêu thì suất điện động tức thời trong cuộn dây thứ hai và cuộn dây thứ 3 tương ứng là e2 và e3 thỏa mãn hệ thức nào sau đây:
Lời giải
– Biểu diễn vecto các suất điện động:
→ Khi E1 bị triệt tiêu thì:
– Ta có tích số:
Chọn đáp án D
Bài 25: Hai đầu ra của máy phát điện xoay chiều 1 pha được nối với một đoạn mạch nối tiếp gồm tụ điện và điện trở thuần. Bỏ qua điện trở thuần của các cuộn dây của máy phát.
Khi rô to quay với tốc độ 600 vòng/phút thì cường độ dòng điện trong mạch là I1 ≈ 3,16 A .
Khi rô to quay với tốc độ 1200 vòng/phút thì cường độ dòng điện trong mạch là I2 = 8 A.
– Khi rô to quay với tốc độ 1800 vòng/phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng gần nhất với giá trị nào sau đây ?
A. 12,5 A.
B. 10,5 A.
C. 11,5 A.
D. 13,5 A.
Lời giải
– Khi roto quay với tốc độ 600 vòng/phút, suất điện động của máy phát là E, ta chuẩn hóa: R1 = 1, ZC1 = n.
– Khi roto qua với tốc độ 1200 vòng/phút:
– Khi roto quay với tốc độ 1800 vòng /phút thì:
Chọn đáp án A
Bài 26: Suất điện động cảm ứng do máy phát điện xoay chiều một pha tạo ra có biểu thức e = 220√2 cos(100πt + π4)V. Giá trị cực đại của suất điện động này là:
Lời giải
– Giá trị cực đại của suất điện động:
Chọn đáp án A
******************
Trên đây là nội dung bài học Vật lí 12 Bài 17: Máy phát điện xoay chiều do THPT Ngô Thì Nhậm biên soạn bao gồm phần lý thuyết, giải bài tập và các câu hỏi trắc nghiệm có đáp án đầy đủ. Hy vọng các em sẽ nắm vững kiến thức về Máy phát điện xoay chiều. Chúc các em học tập thật tốt và luôn đạt điểm cao trong các bài thi bài kiểm tra trên lớp.
Biên soạn bởi: Trường THPT Ngô Thì Nhậm
Chuyên mục: Vật Lý 12
