1.1. Cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều
– Máy phát điện xoay chiều có hai bộ phận chính:
- Nam châm để tạo ra từ trường, có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện.
- Cuộn dây dẫn để tạo ra dòng điện cảm ứng xoay chiều.
- Một trong hai bộ phận đó đứng yên gọi là stato, bộ phận còn lại có thể quay được gọi là rôto.
– Có hai loại máy phát điện xoay chiều:
- Loại có cuộn dây quay: Để đưa dòng điện cảm ứng từ cuộn dây ra mạch ngoài, người ta thường dùng bộ góp gồm hai vành khuyên và hai thanh quét.
- Loại có nam châm quay: Nếu là nam châm điện, người ta thường đưa dòng điện vào nam châm bằng bộ góp, cũng gồm hai vành khuyên và hai thanh quét.
– Hoạt đông: Khi cho nam châm [hoặc cuộn dây] quay thì ta lại thu được dòng điện xoay chiều trong các máy trên khi nối hai cực của máy với các dụng cụ tiêu thụ điện.
1.2. Máy phát điện xoay chiều trong kỹ thuật
a] Đặc tính kỹ thuật
- Máy phát điện trong công nghiệp có thể cho dòng điện có cường độ 10 kA và hiệu điện thế 10,5 kV; đường kính tiết diện ngang của máy đến 4m, chiều dài đến 20m, công suất 110 MW.
- Ở Việt Nam, các máy cung cấp điện có tần số 50 Hz cho lưới điện quốc gia.
b] Cách làm quay máy phát điện
– Có nhiều cách làm quay rô to của máy phát điện: Dùng động cơ nổ, dùng tua bin nước, dùng cánh quạt gió,…
- Một số hình ảnh nhà máy phát điện:
2. Bài tập minh họa
Câu 1: Hãy giải thích vì sao khi cho nam châm quay thì trong cuộn dây dẫn kín lại xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Hướng dẫn giải:
Khi cho nam châm quay thì số đường sức từ đi qua cuộn dây dẫn kín cũng biến thiên, do vậy trong cuộn dây dẫn kín cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng làm cho đèn LED sáng lên.
Câu 2: Hãy giải thích vì sao khi quay núm của đinamô thì đèn xe đạp lại sáng.
Hướng dẫn giải:
-
Quay núm của đinamô, nam châm quay theo.
-
Khi một cực của nam châm lại gần cuộn dây, số đường sức từ qua tiết diện s của cuộn dây tăng, lúc đó xuất hiện dòng điện cảm ứng.
-
Khi cực đó của nam châm ra xa cuộn dây thì số đường sức từ qua tiết diện s của cuộn dây giảm, lúc đó cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng.
3. Luyện tập
3.1. Bài tập tự luận
Câu 1: Máy phát điện xoay chiều có mấy bộ phận chính?
Câu 2: Máy phát điện công nghiệp cho dòng điện có cường độ bao nhiêu?
Câu 3: Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều với một bóng đèn. Khi quay nam châm của máy phát thì trong cuộn dây của nó xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều. Vì sao?
Câu 4: Trong máy phát điện xoay chiều, rôto hoạt động như thế nào khi máy làm việc?
3.2. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Chọn phát biểu đúng
A. Bộ phận đứng yên gọi là roto.
B. Bộ phận quay gọi là stato.
C. Có hai loại máy phát điện xoay chiều.
D. Máy phát điện quay càng nhanh thì hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây của máy càng nhỏ.
Câu 2: Chọn phát biểu sai khi nói về bộ góp điện.
A. Động cơ điện một chiều không có bộ phận góp điện, máy phát điện xoay chiều có bộ phận góp điện.
B. Trong động cơ điện một chiều, bộ góp điện gồm hai vành bán khuyên ngoài tác dụng làm điện cực đưa dòng điện một chiều vào động cơ nó còn có tác dụng chỉnh lưu.
C. Bộ góp điện trong máy phát điện xoay chiều với cuộn dây quay có nhiệm vụ làm điện cực đưa dòng điện xoay chiều trong máy phát ra mạch ngoài.
D. Bộ góp trong động cơ điện một chiều giúp đổi chiều dòng điện trong khung [roto] để làm khung quay liên tục theo một chiều xác định.
Câu 3: Trong máy phát điện xoay chiều roto là nam châm,khi máy hoạt động thì nam châm có tác dụng gì?
A. Tạo ra từ trường.
B. Làm cho số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây tăng.
C. Làm cho số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây giảm.
D. Làm cho số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây biến thiên.
Câu 4: Máy phát điện xoay chiều bắt buộc phải gồm các bộ phận chính nào để có thể tạo ra dòng điện?
A. Nam châm vĩnh cửu và sợi dây dẫn nối hai cực nam châm.
B. Nam châm điện và sợi dây dẫn nối nam châm với đèn.
C. Cuộn dây dẫn và nam châm.
D. Cuộn dây dẫn và lõi sắt.
4. Kết luận
Qua bài này, các em sẽ được làm quen với các kiến thức liên quan đến Máy phát điện xoay chiều cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó,… các em cần phải nắm được:
-
Nắm được cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều.
-
Nắm được đặc điểm và cơ chế hoạt động của máy phát điện xoay chiều trong kỹ thuật.
I - CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
Máy phát điện xoay chiều có hai bộ phận chính là nam châm và cuộn dây dẫn.
Một trong hai bộ phận đó đứng yên gọi là stato, bộ phận còn lại quay gọi là rôto.
- Có hai loại máy phát điện xoay chiều:
+ Loại 1: Khung dây quay [Rôto] thì có thêm bộ góp [hai vành khuyên nối với hai đầu dây, hai vành khuyên tì lên hai thanh quét, khi khung dây quay thì vành khuyên quay còn thanh quét đứng yên]. Loại này chỉ khác động cơ điện một chiều ở bộ góp [cổ góp]. Ở máy phát điện một chiều là hai bán khuyên tì lên hai thanh quét.
+ Loại 2: Nam châm quay [nam châm này là nam châm điện]: Rôto
- Khi rôto của máy phát điện xoay chiều quay được 1vòng thì dòng điện do máy sinh ra đổi chiều 2 lần. Dòng điện không thay đổi khi đổi chiều quay của rôto.
- Máy phát điện quay càng nhanh thì HĐT ở 2 đầu cuộn dây của máy càng lớn. Tần số quay của máy phát điện ở nước ta là 50Hz.
II - MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG KĨ THUẬT
1. Đặc tính kĩ thuật
- Máy phát điện trong công nghiệp có thể cho dòng điện có cường độ 10kA và hiệu điện thế xoay chiều 10,5kV
Trong các máy này, các cuộn dây là stato, còn roto là nam châm điện mạnh.
- Ở Việt Nam, các máy cung cấp điện có tần số 50Hz cho lưới điện quốc gia.
2. Cách làm quay máy phát điện
Trong kĩ thuật có nhiều cách làm quay roto của máy phát điện như: dùng động cơ nổ, dùng tuabin nước, dùng cánh quạt gió.
Đáp án:
1. Khi quay Rôto của máy phát điện xoay chiều thì trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều vì: *
1 điểm
số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây luân phiên tăng, giảm.
từ trường trong lòng cuộn dây luôn tăng.
số đường sức xuyên từ qua tiét diện S của cuộn dây luôn tăng.
từ trường trong lòng cuộn dây không biến đổi
2. Để giảm hao phí trên đường dây tải điện, phương án tốt nhất : *
1 điểm
Tăng hiệu điện thế đặt vào 2 đầu dây
Giảm điện trở dây dẫn Giảm cường độ dòng điện
Tăng công suất máy phát điện.
3. Nếu tăng hiệu điện thế giữa hai đầu đường dây tải điện lên gấp đôi thì công suất hao phí
Nếu tăng hiệu điện thế giữa hai đầu đường dây tải điện lên gấp đôi thì công suất hao phí do tỏa nhiệt trên dây sẽ thay đổi như thế? *
1 điểm
Giảm 2 lần.
Tăng 2 lần.
Giảm 4 lần
Tăng 4 lần.
4. Để giảm hao phí điện năng khi truyền tải đi xa, nếu dùng dây dẫn có tiết diện tăng 4 lần thì công suất hao phí sẽ thay đổi như thế nào? *
1 điểm
Tăng 16 lần
Giảm 4 lần
giảm 16 lần
Tăng 4 lần
5. Dòng điện cảm ứng xoay chiều xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi: *
1 điểm
Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây mạnh.
Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây giảm.
Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây biến thiên tăng giảm
Số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây tăng
6. Máy phát điện xoay chiều có bộ phận chính là nam châm và cuộn dây, khi phát ra dòng điện xoay chiều thì: *
1 điểm
Nam châm và cuộn dây đều quay
Cuộn dây quay, nam châm đứng yên.
Nam châm và cuộn dây đều quay hoặc Cuộn dây quay, nam châm đứng yên.
Nam châm quay, cuộn dây đứng yên
7. Khi cho nam châm quay trước cuộn dây dẫn thì: *
1 điểm
Xuất hiện dòng điện xoay chiều trong cuộn dây.
Xuất hiện từ trường trong cuộn dây
Số đường sức từ xuyên qua cuộn dây tăng
Số đường sức từ xuyên qua cuộn dây giảm
8. Trong máy phát điện xoay chiều có rôto là nam châm, khi máy hoạt động quay nam châm thì có tác dụng gì? *
1 điểm
Làm cho số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây giảm.
Làm cho số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây tăng.
Làm cho số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây biến thiên.
Tạo ra từ trường
9. Từ công thức tính công suất hao phí, với công suất tiêu thụ điện không đổi, để giảm hao phí điện năng khi truyền tải đi xa, phương án tốt nhất là: *
1 điểm
Vừa tăng R, vừa tăng hiệu điện thế U
Giữ nguyên điện trở R, giảm U
Giữ nguyên hiệu điện thế U, tăng điện trở R.
Tăng hiệu điện thế U, giữ nguyên điện trở R.
*Câu 9 không chọn được đáp án*