Tài liệu Máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha, động cơ điện xoay chiều, máy biến áp, truyền tải điện năng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT ĐỘI CẤN …………………………………….. BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ÔN THI ĐH - CĐ NĂM HỌC 2013 - 2014 MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA, BA PHA, ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU, MÁY BIẾN ÁP, TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Tác giả: Trần Văn Tuấn Môn: Vật Lí Tổ: Lý - Hóa Trường: THPT Đội Cấn - Vĩnh Tường Đối tượng bồi dưỡng: Học sinh lớp 12 Tổng số tiết: 15 Vĩnh Phúc, 2/2014 1 MỤC LỤC PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lí do chọn đề tài II. Mục đích của đề tài. Phần II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHUYÊN ĐỀ 1: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 PHA Loại 1: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Loại 2: TÍNH SỐ VÒNG DÂY Loại 3: TỐC ĐỘ QUAY CỦA ROTO Loại 4: TỪ THÔNG Loại 5: SỐ CẶP CỰC TỪ Loại 6: THAY ĐỔI SUẤT ĐIỆN ĐỘNG Loại 7: MÁY PHÁT NỐI VỚI MẠCH RLC CHUYÊN ĐỀ 2: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA Loại 1: ĐIỆN ÁP Loại 2: TÍNH DÒNG ĐIỆN Loại 3: TÍNH CÔNG SUẤT Loại 4: TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG CHUYÊN ĐỀ 3: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA Loại 1: TỐC ĐỘ QUAY ROTO Loại 2: TÍNH CÔNG SUẤT Loại 3: TÍNH DÒNG ĐIỆN Loại 4: HIỆU SUẤT CHUYÊN ĐỀ 4: MÁY BIẾN ÁP Loại 2: MÁY BIẾN ÁP THAY ĐỔI SỐ VÒNG DÂY20 Loại 1: MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG Loại 3: MÁY BIẾN ÁP QUẤN NGƯỢC Loại 4: MÁY BIẾN ÁP NHIỀU CUỘN DÂY Loại 5: MÁY BIẾN ÁP CÓ TẢI CHUYÊN ĐỀ 5: TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Loại 1: ĐIỆN NĂNG HAO PHÍ Loại 2: HIỆU SUẤT TRUYỀN TẢI Loại 3: HIỆU SUẤT THEO DÂY DẪN Loại 4: HIỆU SUẤT THEO ĐIỆN ÁP Loại 5: SỐ THIẾT BỊ HOẠT ĐỘNG Loại 6: ĐỘ GIẢM ĐIỆN ÁP Phần III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4 4 4 5 5 5 7 8 8 9 9 10 11 12 12 13 14 15 16 16 17 19 20 22 24 26 26 28 29 29 30 31 32 32 34 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lí do chọn đề tài Trong chương trình vật lí 12, phần máy phát điện, động cơ điện, máy biến áp, truyền tải điện năng là một nội dung quan trọng, thường có trong các đề thi tốt nghiệp, đại học, cao đẳng. Nội dung này có nhiều dạng với nhiều cách biến đổi khác nhau nên có thể gây khó khăn cho học sinh. Chính vì thế đây cũng là một nội dung đòi hỏi học sinh phải có tư duy, biến đổi, lựa chọn phương pháp hợp lí để tìm lời giải tốt nhất. Đã có nhiều tác giả viết về phần này, tuy nhiên hầu hết là không hệ thống các phương pháp hay sử dụng trong biến đổi, giải toán; hoặc nếu có thì còn sơ sài, chưa đầy đủ. Nhận thức được điều này, tôi đã biên soạn chuyên đề “Máy phát điện xoay chiều một pha, ba pha, động cơ điện xoay chiều, máy biến áp, truyền tải điện năng”. Hi vọng sẽ giúp ích phần nào cho các em học sinh và các đồng nghiệp. II. Mục đích của đề tài. Giúp các em học sinh có định hướng rõ ràng và nhanh chóng khi gặp các bài toán thuộc loại này, từ đó tìm ra lời giải chính xác cho bài toán. 3 Phần II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHUYÊN ĐỀ 1: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 PHA A. LÝ THUYẾT 1. Nguyên tắc - Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ - Từ thông qua khung dây biến thiên trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng   NBS cos(t   )  o cos(t   ) - Từ thông: - Suất điện động cảm ứng: e = -  , =  o sin(t   ) = Eosin( t   ) - Hệ thức độc lập: (  2 e )  ( ) 2 1 0 E0 2. Cấu tạo - Hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng - Phần cảm: là phần tạo ra từ trường (nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu) 4 - Phần ứng: là phần tạo ra dòng điện (nhiều cuộn dây mắc nối tiếp) - Phần cố đinh gọi là Stato - Phần quay gọi là Roto 3. Hoạt động - Hoạt động theo 2 cách: + Cách 1: Phần ứng là Roto, phần cảm là Stato + Cách 2: Phần ứng là Stato, phần cảm là Roto - Tần số dòng điện do máy phát ra: f = n. p 60 + f tần số dòng điện + n tốc độ quay của roto ( vòng/ phút) + p số cặp cực từ Chú ý: Số cặp cực từ và số cặp cuộn dây bằng nhau 4. Động cơ điện một pha Công thức: Pđiện = Pcơ + I2r = UIcos  P H  co (%) Hiệu suất động cơ: Pdien B. BÀI TẬP Loại 1: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Bài tập mẫu Câu 1(CĐ 2010): Một khung dây dẫn phẳng dẹt hình chữ nhật có 500 vòng dây, diện tích mỗi vòng là 220 cm2. Khung quay đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh một trụcur đối xứng nằm trong mặt phẳng của khung dây, trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ B vuông góc với trục 2 T. Suất điện động cực đại trong khung dây bằng 5 A. 110 2 V. B. 220 2 V. C. 110 V. Giải quay và có độ lớn Ta có: E0 = NBSω = 500. D. 220 V. 2 .220.10  4.100 220 2 V 5 Chọn đáp án: B 2.102 � � cos � 100 t  �  Wb  . Biểu  4� � thức của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây này là � � � � 100 t  � (V ) 100 t  � (V ) A. e  2sin � B. e  2sin � 4� 4� � � C. e  2sin100 t (V ) D. e  2 sin100 t (V ) Giải   Ta có: e = = -  ' = 2sin(100πt + )V Câu 2(ĐH 2009): Từ thông qua một vòng dây dẫn là   t 4 Chọn đáp án: B Câu 3(ĐH 2008): Một khung dây dẫn hình chữ nhật có 100 vòng, diện tích mỗi vòng 600 cm2, quay đều quanh trục đối xứng của khung với vận tốc góc 120 vòng/phút trong một từ trường đều có cảm ứng từ bằng 0,2 T. Trục quay vuông góc với các đường cảm ứng từ. Chọn gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây ngược hướng với vectơ cảm ứng từ. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung là A. e = 4,8πsin(4πt + π) (V) . B. e = 4,8πsin(40πt – π/2 ) (V) C. e = 48πsin(40πt – π/2 ) (V) D. e = 48πsin(4πt + π) (V) . 5 Giải 2 Ta có: ω = 120. = 4π rad/s ; φ = π; E0 = NBSω = 100.0,2.0,06.4π = 4,8π V 60 Vậy: e = 4,8πsin(4πt + π) (V) . Chọn đáp án: A Bài tập tự giải Câu 4:Một khung dây có S = 600 cm2 và có 200 vòng dây quay đều trong từ trường đều có vecto B vuông góc với trục quay của khung và có giá trị B = 4,5.10−2T. Dòng điện sinh ra có tần số 50 Hz. Chọn gốc thời gian lúc pháp tuyến khung cùng chiều với đường sức từ. Biểu thức sức điện động e sinh ra có dạng:  A. e = 120 2 cos(100πt) V B. e=120 2 cos(100πt+ ) V 6 C. e = 120 2 sin(100πt) V D. e=120sin(100πt) V Câu 5(ĐH 2011): Một khung dây dẫn phẳng quay đều với tốc độ góc  quanh một trục cố định nằm trong mặt phẳng khung dây, trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với  trục quay của khung. Suất điện động cảm ứng trong khung có biểu thức e = E0 cos(t  ) . Tại 2 thời điểm t = 0, vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc bằng A. 450. B. 1800. C. 900. D. 1500. Câu 6(CĐ 2011): Một khung dây dẫn phẳng, hình chữ nhật, diện tích 0,025 m2, gồm 200 vòng dây quay đều với tốc độ 20 vòng/s quanh một trục cố định trong một từ trường đều. Biết trục quay là trục đối xứng nằm trong mặt phẳng khung và vuông góc với phương của từ trường. Suất điện động hiệu dụng xuất hiện trong khung có độ lớn bằng 222V. Cảm ứng từ có độ lớn bằng: A. 0,50 T B. 0,60 T C. 0,45 T D. 0,40 T Câu 7: Một khung dây dẫn phẳng quay đều quanh trục xx’ nằmtrong mặt phẳng khung dây với tốc độ 2,5 vòng/giây trong một từ trường đều có cảm ứng từ B vuông góc với trục quay. Vào thời điểm từ thông qua khung dây là 4Wb thì suất điện động cảm ứng trong khung dây bằng 15π(V). Suất điện động cực đại qua khung dây có độ lớn bằng A. 15π 2 V B. 5πV C. 25πV D. 20V Câu 8: Một khung dây dẫn quay đều quanh trục xx′ với tốc độ 150 vòng/phút trong một từ trường đều có cảm ứng từ B vuông góc với trục quay xx′ của khung. Ở một thời điểm nào đó từ thông gửi qua khung dây là 4Wb thì suất điện động cảm ứng trong khung dây bằng 15π(V). Từ thông cực đại gửi qua khung bằng: A. 6Wb B. 5Wb C. 6πWb D. 5πWb Câu 9: Một khung dây dẫn dẹt hình chữ nhật gồm 2000 vòng, mỗi vòng có diện tích 90 cm2. Cho khung dây quay đều với tốc độ 80 vòng/s quanh một trục cố định nằm trong mặt phẳng khung dây, trong một từ trường đều có các đường cảm ứng từ vuông góc với trục quay. Tại thời điểm t=0, mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường cảm ứng từ. Suất điện động mà khung tạo ra là 250 2 V. Coi như điện trở trong khung dây là không đáng kể. Cảm ứng từ B có độ lớn A. 0,04 T. B. 0,06 T. C. 0,08 T. D. 0,03 T. Loại 2: TÍNH SỐ VÒNG DÂY Bài tập mẫu Câu 1: Một máy phát điện xoay chiều có 3 cặp cực và khi hoạt động thì suất điện động có giá trị hiệu dụng là 200V, tần số 50Hz. Biết từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là 2.5mWb. Tính số vòng dây của mỗi cuộn dây trong phần ứng. A. 180 vòng B. 45 vòng C. 60 vòng D. 360 vòng 6 Giải Ta có: Máy phát có 3 cặp cực nên có 6 cực, do đó có 6 cuộn dây NBS N 0 N 200 2  60 vòng  N= 360  n = E= 3 2 2 6 1,5.10 .100 Chọn đáp án: C Câu 2: Một máy phát điện có phần cảm gồm hai cặp cực. Sức điện động hiệu dụng của máy là 220V và tần số 50Hz. Cho biết từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là 4mWb. Tính số vòng dây của mỗi cuộn trong phần ứng. A. 48 vòng B. 50 vòng C. 60 vòng D. 62 vòng Giải Ta có: Máy phát có 2 cặp cực nên có 4 cực, do đó có 4 cuộn dây NBS N 0 N 2  62 vòng  N = 200 E= 248  n = 3 4 2 2 4.10 .100 Chọn đáp án: D Bài tập tự giải Câu 3(ĐH 2011): 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 5 dụng 100 2 V. Từ thông cực đại qua mỗi vòng của phần ứng là mWb. Số vòng dây trong mỗi  cuộn dây của phần ứng là A. 71 vòng. B. 200 vòng. C. 100 vòng. D. 400 vòng. Câu 4: Phần cảm của một máy phát điện xoay chiều gồm hai cặp cực. Vận tốc quay của roto là 1500 vòng/phút. Biết rằng từ thông cực đại qua một vòng dây là  0 = 5.10−3Wb và suất điện động hiệu dụng mà máy tạo ra là 120V. Số vòng dây của mỗi cuộn dây là: A. 100 B. 54 C. 62 D. 27 Loại 3: TỐC ĐỘ QUAY CỦA ROTO Bài tập mẫu Câu 1(TN 2009): Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto gồm 4 cặp cực (4 cực nam và 4 cực bắc). Để suất điện động do máy này sinh ra có tần số 50 Hz thì rôto phải quay với tốc độ. A. 480 vòng/phút. B. 75 vòng/phút. C. 25 vòng/phút. D. 750 vòng/phút. Giải Ta có: Ta có: f = n. p 60  n= 60. f 60.50  750 vòng/phút p 4 Chọn đáp án: D Câu 2(CĐ 2009): Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto gồm 10 cặp cực (10 cực nam và 10 cực bắc). Rôto quay với tốc độ 300 vòng/phút. Suất điện động do máy sinh ra có tần số bằng A. 3000 Hz. B. 50 Hz. C. 5 Hz. D. 30 Hz. Giải Ta có: f = np 300.10  50 Hz 60 60 Chọn đáp án: B 7 Bài tập tự giải Câu 3: Một máy phát điện xoay chiều một pha phát ra suất điện động e =100 2 sin 100t . Nếu roto quay với vận tốc 600 vòng/phút thì số cặp cực là A. 8. B. 5. C. 10. D. 4. Câu 4: Một máy phát điện xoay chiều một pha có 4 cặp cực từ. Khi từ thông qua mạch là 0,4Wb thì suất điện động của máy phát là 100πV, còn khi từ thông qua mạch là 2Wb thì suất điện động máy phát là 20πV. Tốc độ quay của rôto là: A. 600 vòng/phút B. 750 vòng/phút C. 20 vòng/giây D. 375 vòng/giây Câu 5: Một máy phát điện xoay chiều có hai cặp cực, roto quay 2400 vòng/phút. Một máy khác có 6 cặp cực. Nó phải quay với với vận tốc bằng bao nhiêu để phát ra dòng điện cùng tần số với máy thứ nhất? Hãy chọn kết quả đúng trong các kết quả sau: A. 1200 vòng/ phút B. 800 vòng /phút. C. 600 vòng /phút. D. 400 vòng /phút. Câu 6. Một máy phát điện có hai cặp cực rôto quay với tốc độ 30 vòng/s, máy phát điện thứ hai có 6 cặp cực. Hỏi máy phát điện thứ hai phải có tốc độ là bao nhiêu thì hai dòng điện do các máy phát ra hòa vào cùng một mạng điện A. 150 vòng/phút B. 300 vòng/phút C. 600 vòng/phút D. 1200 vòng/phút Loại 4: TỪ THÔNG Bài tập mẫu Câu 1: Máy phát điện xoay chiều có phần cảm gồm 2 cặp cực và phần ứng gồm 4 cuộn dây mắc nối tiếp. Suất điện động hiệu dụng của máy là 220V, tần số 50Hz. Số vòng dây của mỗi cuộn dây phần ứng là 50 vòng. Từ thông cực đại qua mỗi vòng là: A. 2.5mWb B. 5mWb C. 0.5mWb D. 4mWb Giải Ta có: NBS N 0    0  220 2 5.10  3 Wb = 5 mWb Ta có: E = 2 2 200.100 Chọn đáp án: B Bài tập tự giải Câu 2: Máy phát điện xoay chiều tạo nên suất điện động e = 220 2 cos(100πt)V, t tính bằng giây. Tốc độ quay của rôto là 600 vòng/phút. Biết rằng ứng với mỗi cặp cực có một cặp cuộn dây; mỗi cuộn dây có 5000 vòng dây; các cuộn dây được mắc nối tiếp với nhau. Từ thông cực đại gửi qua một vòng dây bằng A. 99,0µWb. B. 19,8µWb. C. 39,6µWb. D. 198µWb Câu 3(CĐ 2009): Một khung dây dẫn phẳng dẹt hình chữ nhật có 500 vòng dây, diện tích mỗi vòng 54 cm2. Khung dây quay đều quanh một trục đối xứng (thuộc mặt phẳng của khung), trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay và có độ lớn 0,2 T. Từ thông cực đại qua khung dây là A. 0,27 Wb. B. 1,08 Wb. C. 0,81 Wb. D. 0,54 Wb. Loại 5: SỐ CẶP CỰC TỪ Bài tập mẫu Câu 1: Một máy phát điện xoay chiều một pha thứ nhất có 2p cặp cực từ, rôto quay với tốc độ n vòng/phút thì phát ra suất điện động có tần số 60Hz. Máy phát điện xoay chiều một pha thứ 2 có 8 p cực từ, roto quay với tốc độ lớn hơn của máy thứ nhất 525 vòng/phút thì tần số của suất điện động do máy phát ra là 50Hz. Số cực từ của máy thứ 2 bằng A. 4 B. 16 C. 6 D. 8 Giải Ta có: (n  525). p n.2 p 3600 2n    n = 525  p = 8 60 = ; 50 = 60 6000 n  525 2.60 Chọn đáp án: D Bài tập tự giải Câu 2: Một máy phát điện xoay chiều một pha phát ra suất điện động có tần số 60 Hz. Nếu thay roto của nó bằng một roto khác có nhiều hơn một cặp cực và vẫn muốn tần số của suất điện động phát ra là 60 Hz thì số vòng quay của roto trong một giờ thay đổi 7200 vòng. Số cặp cực từ của roto ban đầu là: A. 10 B. 4 C. 15 D.5 Loại 6: THAY ĐỔI SUẤT ĐIỆN ĐỘNG Bài tập mẫu Câu 1: Trong một máy phát điện xoay chiều một pha, nếu tốc độ quay của rôto tăng thêm 60 vòng/phút thì tần số của dòng điện xoay chiều do máy phát ra tăng từ 50Hz đến 60Hz và suất điện động hiệu dụng của máy thay đổi 40V so với ban đầu. Nếu tiếp tục tăng tốc độ quay của rôto thêm 60vòng/phút nữa thì suất điện động hiệu dụng do máy phát ra khi đó là: A. 280V B. 320V C. 240V D. 400V Giải Ta có: NBS NBS NBS 2 ( 2  1 ) 40 V  (120  100 ) 40    2 2 2 NBS 3 2 E3 = = .140 280 V E2 – E1 =  2  Chọn đáp án: A Bài tập tự giải Câu 2: Một máy phát điện xoay chiều một pha đang hoạt động và phát ra dòng điện có tần số 50 Hz. Nếu tốc độ quay của rôto tăng thêm 60 vòng/phút thì tần số dòng điện do máy phát ra là 60 Hz và suất điện động hiệu dụng do máy phat ra thay đổi 50 V so với ban đầu. Nếu tiếp tục tăng tốc độ của rôto thêm 60vòng/phút nữa thì suất điện động hiệu dụng lúc này do máy phát ra là: A. 280 V B. 320 V C. 350 V D. 400 V Câu 3: Khi tăng tốc độ quay của roto của một máy phát điện thêm 3 vòng/giây thì tần số của dòng điện tăng từ 50 Hz đến 65 Hz và suất điện động hiệu dụng do máy phát ra thay đổi 30V so với ban đầu. Nếu tiếp tục tăng tốc độ của roto thêm 3 vòng/giây nữa thì suất điện động hiệu dụng phát ra là: A. 160 B. 240 C. 150 D. 320 Loại 7: MÁY PHÁT NỐI VỚI MẠCH RLC Bài tập mẫu 9 Câu 1(ĐH 2010): Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu đoạn mạch AB gồm điện trở thuần R mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần. Bỏ qua điện trở các cuộn dây của máy phát. Khi rôto của máy quay đều với tốc độ n vòng/phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch là 1 A. Khi rôto của máy quay đều với tốc độ 3n vòng/phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong đoạn mạch là 3 A. Nếu rôto của máy quay đều với tốc độ 2n vòng/phút thì cảm kháng của đoạn mạch AB là 2R R A. 2 R 3 . B. . C. R 3 . D. . 3 3 Giải Ta có: điện áp đặt vào hai đầu mạch U = E = +) f1  +) NBS .2f 2 pn 60 U1 NBS .2f1  I U 1  pn 1 ; U1= 2 = 1 Z1 60 2 R  Z L1 pn U2 3U1 U2 3U1 3U1 f2 3 3 f1    I2     3 60 ZL2 3ZL1 Z2 R  Z 2 R 9Z 2 L2  ; tần số dòng điện f  3U1 R  9Z L1 +) f 3 2 2  3 U1 R  Z L1 2  Z L1  L1 R 3 pn R 2 f1  Z L 2 2Z L1 2 60 3 Chọn đáp án: B Bài tập tự giải Câu 2. Một máy phát điện xoay chiều có điện trở trong không đáng kể. Mạch ngoài là tụ điện có điện dung C được mắc nối tiếp với ampe kế nhiệt có điện trở nhỏ. 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. Câu 3: Cho mạch điện RC với R  15 . Đặt vào hai đầu đoạn mạch một máy phát điện xoay chiều một pha. Khi rô to quay với tốc độ n vòng/phút thì cường độ I 1 = 1(A). Khi rô to quay với tốc độ 2n vòng/phút thì cường độ I 2  6  A  . Nếu ro to quay với tốc độ 3n vòng/phút thì dung kháng của tụ là: A. 2 5 . B. 18 5 . C. 3 . D. 5 . Câu 4: Một máy phát điện xoay chiều một pha có điện trở trong không đáng kể. Nối hai cực của máy phát với một đoạn mạch gồm cuộn cảm thuần mắc nối tiếp với điện trở thuần. Khi rôto của máy phát điện quay đều với tốc độ góc 3n vòng/s thì dòng điện trong mạch có cường độ hiệu dụng 3 A và hệ số công suất của đoạn mạch bằng 0,5. Hỏi khi rôto của máy quay đều với tốc độ góc n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch có giá trị bằng A. 3 A B. 2 2 A C. 3 3 A D. 2 A 10 CHUYÊN ĐỀ 2: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA A. LÝ THUYẾT 1. Máy phát điện xoay chiều 3 pha a. Nguyên tắc - Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ - Máy phát điện xoay chiều 3 pha tạo ra 3 suất điện động xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau góc 2  /3 b. Cấu tạo - Stato: gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau, đặt cố định trên đường tròn, lệch nhau đều đặn góc 1200 - Rôto: NC châm quay với tốc độ góc không đổi  , khi NC quay từ thông qua 3 cuộn dây biến thiên cùng tần số, biên độ và lệch pha nhau góc 2  /3  xuất hiện 3 suất điện động cảm ứng cùng tần số, biên độ và lệch pha nhau 2  /3 2. Cách mắc mạch 3 pha a) Cách mắc hình sao: Ud = 3 Up; b) Cách mắc hình tam giác: Ud = Up; Id = B. BÀI TẬP Id = I p 3 Ip Loại 1: ĐIỆN ÁP Bài tập mẫu Câu 1: Hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu một pha của một máy phát điện xoay chiều ba pha là 220 V. Trong cách mắc hình sao, hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai dây pha là A. 660 V. B. 381 V. C. 311 V. D. 220 V. Giải Ta có: cách mắc hình sao nên: Ud = 3 Up = 220 3 = 381 V Chọn đáp án: B Câu 2: Cường độ dòng điện hiệu dụng trong một pha của máy phát điện xoay chiều ba pha là 10A. Trong cách mắc hình tam giác, cường độ dòng điện trong mỗi dây pha là A. 30,0 A. B. 17,3 A. C. 10,0 A. D. 14,1 A. Giải Ta có: cách mắc hình tam giác nên: Id = 3 Ip = 10 3 = 17,3 A Chọn đáp án: B Bài tập tự giải Câu 3: Trong máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động, suất điện động xoay chiều xuất hiện trong mỗi cuộn dây của stato có giá trị cực đại là E0. Khi suất điện động tức thời trong một 11 cuộn dây bằng E0 thì suất điện động tức thời trong mỗi cuộn dây còn lại có độ lớn bằng nhau và bằng 2 E0 E E E 3 A. 0 . B. . C. 0 . D. - 0 . 3 2 2 2 Câu 4: Trong máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động, suất điện động xoay chiều xuất hiện trong mỗi cuộn dây của stato có giá trị cực đại là E0. Khi suất điện động tức thời trong hai cuộn dây bằng E0/2 thì suất điện động tức thời trong cuộn dây còn lại bằng E E A. E0 B. - E0. C. 0 . D. - 0 . 2 2 Câu 5(ĐỀ THI CĐ 2011): Trong máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động, suất điện động xoay chiều xuất hiện trong mỗi cuộn dây của stato có giá trị cực đại là E0. Khi suất điện động tức thời trong một cuộn dây bằng 0 thì suất điện động tức thời trong mỗi cuộn dây còn lại có độ lớn bằng nhau và bằng 2 E0 E E 3 E 2 A. 0 . B. . C. 0 . D. 0 . 3 2 2 2 Loại 2: TÍNH DÒNG ĐIỆN Bài tập mẫu Câu 1: Một máy phát điện ba pha mắc hình sao có hiệu điện thế pha Up =115,5V và tần số 50Hz. Người ta đưa dòng ba pha vào ba tải như nhau mắc hình tam giác, mỗi tải có điện trở thuần 12,4Ω và độ tự cảm 50mH. Tính cường độ dòng điện qua các tải. A. 8A B. 10A C. 11A D. 12A Giải Ta có: máy phát điện ba pha mắc hình sao nên: Ud = 3 Up = 115,5 3 = 200 V Ba tải như nhau mắc hình tam giác nên: Up ‘ = Ud = 200 V ZL = ωL = 0,05.100π = 15,7 Ω U P' 2 2  Z = Z L  R = 20 Ω I= = 10 A Z Chọn đáp án: B Câu 2: : Một máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp giữa dây pha và dây trung hoà là 220V. Mắc các tải giống nhau vào mỗi pha của mạng điện, mỗi tải gồm cuộn dây thuần cảm có cảm kháng 8  và điện trở thuần 6  . Cường độ dòng điện qua các dây pha bằng: A. 2,2A. B. 38A. C. 22A. D. 3,8A. Giải Ta có: UP = 220 V U Z = Z L2  R 2 = 10 Ω  I = P = 22 A Z Chọn đáp án: C Bài tập tự giải Câu 3: Một máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp giữa dây pha và dây trung hoà là 220V. Mắc các tải giống nhau vào mỗi pha của mạng điện, mỗi tải gồm cuộn dây thuần cảm có cảm kháng 8  và điện trở thuần 6  . Cường độ dòng điện qua dây trung hoà bằng: A. 22A. B. 38A. C. 66A. D. 0A. 12 Câu 4: Trong mạng điện ba pha mắc hình sao, các tải tiêu thụ giống nhau. Một tải tiêu thụ có điện trở là 10  , cảm kháng là 20  . Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua mỗi tải là 6A. Điện áp giữa hai dây pha có giá trị bao nhiêu? A. 232V. B. 240V. C. 510V. D. 208V. Loại 3: TÍNH CÔNG SUẤT Bài tập mẫu Câu 1: Trong mạng điện ba pha mắc hình sao, các tải tiêu thụ giống nhau. Một tải tiêu thụ có điện trở là 10  , cảm kháng là 20  . Cường độ hiệu dụng của dòng điện qua mỗi tải là 6A. Công suất của dòng điện 3 pha nhận giá trị là A. 1080W. B. 360W. C. 3504,7W. D. 1870W. Giải Ta có: IP = 6 A  P = 3.UP.IP.cosφ = 3.I 2p .R = 3.36.10 = 1080 W Chọn đáp án: A Câu 2: Một máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp pha là 120V. Tải của các pha giống nhau và mỗi tải có điện trở thuần 24  , cảm kháng 30  và dung kháng 12  (mắc nối tiếp). Công suất tiêu thụ của dòng ba pha là A. 384W. B. 238W. C. 1,152kW. D. 2,304kW. Giải Ta có: U Z = R 2  ( Z L  Z C ) 2 = 30 Ω  Ip = P = 4 A Z  P = 3.UP.IP.cosφ = 3.I 2p .R = 3.16.24 = 1152 W Chọn đáp án: C Bài tập tự giải Câu 3: Một máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp giữa dây pha và dây trung hoà là 220V. Mắc các tải giống nhau vào mỗi pha của mạng điện, mỗi tải gồm cuộn dây thuần cảm có cảm kháng 8  và điện trở thuần 6  . Công suất của dòng điện ba pha bằng: A. 8712W. B. 8712kW. C. 871,2W. D. 87,12kW. Câu 4: Một máy phát điện ba pha mắc hình tam giác có U P=220(V), tải tiêu thụ là 3 cuộn dây giống nhau (R=60Ω, ZL=80Ω) mắc hình sao. Tìm công suất các tải tiêu thụ? A.258,6W; B.290,4W; C.100,5W; D.120,4W. Câu 5: Một máy phát điện ba pha mắc hình sao có hiệu điện thế pha Up =115,5V và tần số 50Hz. Người ta đưa dòng ba pha vào ba tải như nhau mắc hình tam giác, mỗi tải có điện trở thuần 12,4Ω và độ tự cảm 50mH. Tính công suất do các tải tiêu thụ. A. 3500W B. 3625W C. 3700W D. 3720W Loại 4: TẢI KHÔNG ĐỐI XỨNG Bài tập mẫu Câu 1: Một máy phát điện 3 pha hình sao có hiệu điện thế pha 100V. Các tải mắc theo hình sao, ở pha 1 và 2 cùng mắc một bóng đèn có điện trở 100  , pha 3 mắc tụ điên có Zc=100  . Dòng điện trong dây trung hòa có giá trị? A. 0 B. 2 C. 1 D. 3 Giải 13 Ta có:   u1 100 2 . cos t  2  Điện áp 3 pha  u2 100 2 . cos(t  ) 3  2   u3 100 2 . cos(t  3 )   i1  2 . cos(t )  2   dòng điện  i2  2 . cos(t  ) 3     i3  2 . cos(t  6 ) Dòng điện trung hòa, i = i1 + i2 + i3 = 2cos( t   )  I= 12 2 ( A) Chọn đáp án: B Câu 2: Hai tải như nhau 220V − 1100W mắc vào 2 pha của lưới điện 3 pha 4 dây có Up=220V. Dây còn lại mắc tải 220V− 550W. Tính cường độ dòng trong dây trung hòa: A. 10A B. 2,5A C. 7,5A D. 0 Giải     Ta có: i = i1 + i2 + i3 i 5 2 cos t  5 2 . cos(t  i 2,5 2 . cos(t  2 2 )  2,5 2 . cos(t  ) 3 3  ) 3  I = 2,5 (A). Chọn đáp án: B Câu 3: Một MPĐ xoay chiều 3 pha có f=50Hz, có các cuộn dây phần ứng được mắc theo hình sao. Dụng cụ tiêu thụ điện ở các pha lần lượt được mắc là R1=20 3 Ω ; R2=10 3 Ω; R3 nối tiếp với tụ C. Biết dòng điện trong dây trung hoa bằng 0. Điện trở R3 và tụ điện dung C là A. 10 3 D. 20Ω; Ω; 10  3 B. 10Ω;  10  2 C. 12Ω;  10  3 5 3 10 4 Giải i1  Ta có: U0 . cos t  I 0 . cos t 20 3 U 2 2 i2  0 . cos(t  ) 2 I 0 . cos(t  ) 3 3 10 3 Vì i = 0  i3 = -i12 = -I0. và U3 = U0.cos( t  3 .cos( t  2 ) 3 14       i12 I 0 . 3. cos(t    ) = I0. 3. cos(t  ) 2 2  ) 2 Suy ra   ZC 1 tan 6  R  3    R ZC. 3. R  0.1 3()  U U   2 2 2   0  3.I0  3. 0 R3  ZC 20 ZC 10()  R32  ZC2 20 3 Chọn đáp án: A Câu 4: Mắc một tải thuần trở 3 pha đối xứng tam giác vào 3 dây pha của mạng điện xoay chiều 3 pha, toàn tải tiêu thụ công suất 600W. Nếu đứt 1 dây pha toàn tải tiêu thụ công suât A. 200W B. 300W C. 400W D. 500W Giải Ta có: Ban đầu : P1 = P2 = P3 = U 2 600  200 (W) R 3 U2 200 (W) R U2 100 (W) P23 = 2R Đứt dây : P1 =  P = P1 + P23 = 300(W) Chọn đáp án: B CHUYÊN ĐỀ 3: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA A. LÝ THUYẾT 1. Nguyên tắc Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và việc sử dụng từ trường quay 2. Cấu tạo - Stato: gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau, đặt cố định trên đường tròn, lệch nhau đều đặn góc 1200 Cho dòng điện xoay chiều 3 pha vào 3 cuộn dây, dòng điện sinh ra từ trường quay B1  B0 cos(t )   Từ trường của các cuộn dây:  B2  B0 cos(t  2 / 3)  B  B cos(t  2 / 3) 0  3 Tổng hợp lại được từ trường quay: + Độ lớn B = 1,5Bo  + B quay với tốc độ góc bằng tốc độ góc của dòng điện - Rôto: Nhiều khung dây ghép với nhau tạo thành cái lồng hình trụ (roto lồng Sóc) Khung dây quay cùng chiều với từ trường quay nhưng vận tốc góc nhỏ hơn vận tốc góc của từ trường quay 3. Công suất - Công suất:P = 3U d I d cos  3U p I p cos  15 - Hiệu suất :H = Pci Ptp B. BÀI TẬP Loại 1: TỐC ĐỘ QUAY ROTO Bài tập mẫu Câu 1: Stato của một động cơ không đồng bộ ba pha gồm 9 cuộn dây, cho dòng điệ xoay chiều ba pha có tần số 50Hz vào động cơ. Rôto có thể quay với tốc độ: A. 900 vòng/phút B. 1500 vòng/phút C. 3000 vòng/phút D. 1000 vòng/phút Giải Ta có: Động cơ không đồng bộ ba pha có 3 cuộn dây => p = 1 cặp cực ; 9 cuộn dây => p = 3 cặp cực f = np/60 => n = 1000 vòng/phút ( Tốc độ quay của từ trường). Tốc độ quay roto phải nhỏ hơn tốc độ quay từ trường Chọn đáp án: A Câu 2: Stato của một động cơ không đồng bộ ba pha gồm 6 cuộn dây, cho dòng điện xoay chiều ba pha tần số 50Hz vào động cơ. Rôto của động cơ quay với vận tốc bằng bao nhiêu? A. 1800vòng/phút. B. 1450vòng/phút. C. 1500vòng/phút. D. 3000vòng/phút. Giải Ta có: Số cặp cực p = 2 (6 cuộn dây) của từ trường quay Từ trường quay tại tâm động cơ quay với tốc độ n = 60. f =1500 vòng/phút p Do động cơ không đồng bộ nên tốc độ của động cơ luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường,vậy tốc độ quay của roto có thể là 1450 vòng/phút Chọn đáp án: B Loại 2: TÍNH CÔNG SUẤT Bài tập mẫu Câu 1: Máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp pha 220V tần số 50 Hz. Người ta đưa dòng ba pha vào ba tải như nhau mắc hình tam giác, mỗi tải có điện trở thuần 12Ω và độ tự cảm 51mH. Công suất tiêu thụ của ba tải là: A. 4356 W. B. 13068 W. C. 8712 W. D. 7840 W. Giải Ta có: mắc hình tam giác nên U d  3.U p  220. 3 V Z L  2 fL  100. .51.103  16 � Z1  R 2  Z 2 L  20 16 Công suất tiêu thụ của ba tải P=3. U d2 .R  13068 W. Z12 Chọn đáp án: B Bài tập tự giải Câu 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha được đấu theo hình tam giác vào một mạch điện xoay chiều ba pha có hiệu điện thế dây 120V, dòng điện qua động cơ 5A. Hệ số công suất của động cơ là 0,85. Công suất của động cơ là: A 510W B 510 3 W C 1530W D 1530 3 W Câu 3: Một động cơ không đồng bộ ba pha có công suất 2208W được mắc hình sao vào mạng điện xoay chiều ba pha có hiệu điện thế dây 190V, hệ số công suất của động cơ bằng 0,7. Hiệu điện thế pha và công suất tiêu thụ của mỗi cuộn dây: A. Up = 190V, P1 = 736W B. Up = 110V, P1 = 1050W C. Up = 110V, P1 = 515W D. Up = 110V, P1 = 736W Loại 3: TÍNH DÒNG ĐIỆN Bài tập mẫu Câu 1: Một động cơ không đồng bộ ba pha được mắc theo hình tam giác. Ba đỉnh của tam giác này được mắc vào ba dây pha của một mạng điện ba pha hình sao với điện áp pha hiệu dụng 220/ 3 V. Động cơ đạt công suất 3kW và có hệ số công suất cos  = 10/11. Tính cường độ dòng điện hiệu dụng qua mỗi cuộn dây của động cơ. A. 10A. B. 2,5A. C. 2,5 2 A. D. 5A. Giải Ta có: Xem động cơ 3 pha đối xứng nên công suất mỗi pha bằng nhau và ta có P = 1kW Theo đề , Mạch điện ba pha hình sao với điện áp pha hiệu dụng Up= 220/ 3 V => điện áp dây hiệu dụng Ud= Up 3 = 220V. p 1000   5A 10 Ta có cường độ dòng điện hiệu dụng qua mỗi cuộn dây: I = U .cos  . 220. 11 Chọn đáp án: D Câu 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha mắc theo kiểm hình sao được nối vào mạch điện ba pha có điện áp pha U p 220V . Công suất tiêu thụ của động cơ là 3,3 3kW , hệ số công suất của động cơ là A. 5,77 A 3 . Cường độ dòng điện cực đại chạy qua mỗi cuộn dây của động cơ là 2 B. 10 2A C. 10A D. 30A Giải Ta có: P/3 = UIcos => I = 10A => I0 = 10 2A . Chọn đáp án: B 17 Bài tập tự giải Câu 3: Một động cơ không đồng bộ ba pha đấu theo hình sao vào mạng điện 3 pha có U d = 380 V, động cơ có công suất 4 KW và hệ số công suất là cos  = 0,8, cường độ dòng điện chạy trong động cơ là A. 13,2 A B. 7,6 A C. 4,4 A D. 10,7 A Câu 4: Một động cơ không đồng độ ba pha có hiệu điện thế định mức mỗi pha là 220 V. Biết rằng công suất của động cơ 10,56 kW và hệ số công suất bằng 0,8. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua mỗi cuộn dây của động cơ là: A. 2 A B. 6 A C. 20 A D. 60 A Câu 5: Một động cơ không đồng bộ ba pha có hiệu điện thế định mức mỗi pha là 380V, hệ số công suất 0,9. Điện năng tiêu thụ của động cơ trong 2h là 41,04KWh. Cường độ hiệu dụng qua mỗi cuộn dây của động cơ là: A. 20A B. 2A C. 40 A D. 20/3A Câu 6: Một động cơ không đồng bộ ba pha đấu hình sao vào mạng điện xoay chiều ba pha, có điện áp dây 380V. Động cơ có công suất 10 kW, hệ số công suất 0,8. Cường độ dòng điện hiệu dụng đi qua mỗi cuộn dây có giá trị bao nhiêu? A. 18,99A B. 56,97A C. 32,89A D. 26,32A Câu 7: Một động cơ không đồng bộ ba pha được mắc theo hình tam giác. Ba đỉnh của tam giác này mắc vào ba dây pha của một mạng điện ba pha hình sao với điện áp pha hiệu dụng Động cơ đạt công suất 3kW và có hệ số công suất cosφ= 200 V. 3 10 . Tính cường độ dòng điện qua mỗi 11 cuộn dây của động cơ. A. 10A B. 5,5A C. 5,5 2 A D. 5,5 3 A Câu 8: Một động cơ không đồng bộ ba pha được mức theo hình sao vào mạng điện ba pha có điện áp dây hiệu dụng là 380V. Công suất tiêu thụ và hệ số công suất tiêu thụ của động cơ tương ứng là 13,2kW và 0,8. Cường độ dòng điện hiệu dụng chạy trong mỗi dây là: A. 25A B. 20A C. 75A D. 60A Câu 9: Một cuộn dây không đồng bộ ba pha mắc hình sao, khi động cơ hoạt động bình thường ở điện áp pha cực đại bằng 200V thì công suất tiêu thụ điện của động cơ bằng 3240W vÀ hệ số công suất cosφ=0,9. Vào thời điểm dòng điện ở một cuộn dây có cường độ i1=8A thì dòng điện ở hai cuộn dây còn lại có cường độ tương ứng là: 18 A. i2=−11,74A, i3=3,74A B. i2=−6,45A, i3=−1,55A C. i2=0A, i3=−8A D. i2=10,5A, i3=−8,5A Câu 10: Một động cơ không đồng bộ ba pha có công suất 6120W được đấu theo hình tam giác vào một mạch điện xoay chiều ba pha có hiệu điện thế dây là 240V, dòng điện chạy qua động cơ bằng 10A. Hệ số công suất của động cơ là: A 0,085 B 0,85 C 2,55 D 0,8 Loại 4: HIỆU SUẤT Bài tập mẫu Câu 1: Một động cơ điện xoay chiều 3 pha sản ra một công suất cơ học 8 kW và có hiệu suất 80%. Động cơ mắc tam giác vào mạng điện xoay chiều 3 pha có U p = 220V, hệ số công suất cos  = 0,85. Tính dòng điện qua động cơ A. 10,3A B. 6,6A C. 11,4A D. 17,8ª Giải  U p 220V Ta có: Nguồn mắc sao    U d 200 3V  I   U 200 3V Tải mắc tam giác   p  U d 200 3V Pdien 10000  10,3 A 3U p cos  3.220 3.0,85 Chọn đáp án: A Câu 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động bình thường với công suất là 3kW, hệ số công suất là 0,9; điện trở thuần của mỗi cuộn dây là 2Ω. Ba cuộn dây của động cơ mắc hình sao vào mạng điện xoay chiều ba pha hình sao có điện áp dây Ud =380V. Hiệu suất của động cơ là: A. 92,52% B. 94,87% C. 86,21% D. 98,29% Giải Ta có: Mỗi pha có công suất là 1kW . Ta có : P =UIcos => Pp 1000 500 Ip     5, 0505 A U p cos  220.0,9 99 500 2 2 )  51, 01520253W Công suất hao phí mỗi pha Php  r.I  2.( 99 P  p 1000  51, 015 H   0,9489847975  94,9% Hiệu suất động cơ: P 1000 Chọn đáp án: B Bài tập tự giải Câu 3: Một động cơ điện xoay chiều 3 pha sản ra một công suất cơ học 8kW. Động cơ mắc sao vào mạng điện xoay chiều 3 pha có Up = 220V, hệ số công suất cos  = 0,9. Dòng điện qua cuộn dây của động cơ là 15A 19 A. 52% B. 75% C. 80% D. 90% Câu 4: Một động cơ điện xoay chiều 3 pha sản ra một công suất cơ học 100kW và có hiệu suất 80%. Mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều đúng định mức thì điện năng tiêu thụ của động cơ trong một giờ là: A. 80 kW h B. 100 kWh C. 125 kWh D. 360 MJ CHUYÊN ĐỀ 4: MÁY BIẾN ÁP A. LÝ THUYẾT 1. Nguyên tắc - Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ - Dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó 2. Cấu tạo: - Hai cuộn dây có số vòng khác nhau + Cuộn sơ cấp N1 nối với nguồn điện xoay chiều + Cuộn thứ cấp N2 nối với tải tiêu thụ - Lói sắt kín: gồm nhiều lá mỏng ghép cách điện với nhau tránh hao phí do dòng điện Fuco 3. Hoạt động - Từ thông qua mỗi vòng dây của cuộn sơ cấp = từ thông qua số vòng dây cuộn thứ cấp nên: e1 E1 N 1   e2 E 2 N 2 U1 N  1 - Nếu bỏ qua điện trở của dây cuốn thì U1 = E1, U2 = E2 thì: U2 N2 - N2 > N1 Máy tăng áp và ngược lại U1 I 2  - Nếu bỏ qua hao phí điện năng thì: U2 I1 P2 U 2 I 2 cos  2 - Hiệu suất máy biến áp:H = = P1 U 1 .I 1 cos  1 Trong đó: P1 = U1.I1.cos  1 là công suất đầu vào ( Công suất đặt vào cuộn sơ cấp ) P2 = U2.I2.cos  2 là công suất đầu ra ( Công suất ra ở cuộn thứ cấp) - Hao phí: + Do toả nhiệt ở cuộn sơ cấp và thứ cấp + Do bức xạ điện từ + Do dòng điện Fucô - Chú ý: Máy biến thế không biến đổi được điện áp không đổi B. BÀI TẬP Loại 1: MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG Bài tập mẫu Câu 1: Cuộn sơ cấp của một máy biến thế có 1000 vòng dây và hiệu điện thế ở hai đầu cuộn sơ cấp là 240V. Để hiệu điện thế ở hai đầu cuộn thứ cấp là 12V thì số vòng dây của cuộn thứ cấp là: A. 20.000 vòng B. 10.000 vòng C. 50 vòng D. 100 vòng Giải 20