Bài giảng Máy phát điện xoay chiều 3 pha

MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA 1. Cấu tạo: + Phần cảm (ROTO) 1 nam châm điện (được nuôi bởi dao động 1 chiều) có thể quay xung quanh trục cố định để tạo ra từ trường biến thiên. + Phần ứng: (STATO): gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau về kích thước, số vòng và được bố trí trên vòng tròn lệch nhau 1 góc 1200. 2. Nguyên tắc hoạt động: - Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ - Hoạt động: + Khi nam châm quay giả sử tại thời điểm t: cực Bắc nam châm đối diện với 1 cuộ khi đó φ1 qua cuộn1 đạt cực đại. + Khi nam châm quay 1 góc 1200 trên vòng tròn (sau 1/3T) φ2 đạt Max. + Khi nam châm quay 1 góc 1200 trên vòng tròn (sau 1/3T tiếp) φ3 đạt Max. vì φ qua các cuộn dây lệch nhau về thời gian T/3 nên ….trên 3 cuộn dây này cũng lệch nhau T/3 hay về pha lệch 1200. Nếu nối các đầu dây của 3 cuộn với 3 mạch ngoài giống nhau thì ta có 3 dao động xoay chiều. 3. Đường biểu diện dao động xoay chiều 3 pha: i1 = Io sinωt i2 = Io sin(ωt - )3 2π i3 = Io sin(ωt + )3 2π 4. Cách mắc mạch điện 3 pha: B3 B2 A2 B1 A1 A3 N S O 1 2 3 i1 i2 i3 i 2 T 3 T 3 T t n A Bx (b) (a) B ωt x’ Công thức liên hệ giữa U dây và Upha: Ud = Up. 3 i0: dao động qua dây trung hòa: i0 = i1+i2+i3 = 0 5. Ưu điểm: - tạo ra từ trường quay và có cách mắc tiết kiệm được dây dẫn (Mắc hình sao, hình Δ) Câu 5: Máy phát điện xoay chiều 1 pha 1. Nguyên tắc hoạt động - Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng từ - Hoạt động: + Khi φ qua khung biến thiên điều hòa tạo ra ở mạch ngoài dao động xoay chiều biến thiên điều hòa. Nhận xét: Do ε trong khung dây là rất nhỏ để có 1ε lớn dùng trong CN ta sử dụng máy phát có nhiều cuộn dây dẫn mỗi cuộn có nhiều vòng dây, nhiều nam châm điện để tạo thành nhiều cặp cực N-S khác nhau. 2. Cấu tạo: a. Phần cảm (Roto): là 1 nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu có tác dụng tạo ra từ trường B : + Máy có công suất lớn: Nam châm điện + Máy có công suất nhỏ: Nam châm vĩnh cửu b. Phần ứng: là cuộn dây hoặc khung dây quay xung quanh 1 trục có tác dụng tạo ra dao động. c. Bộ góp điện: - Gồm 2 vành khuyên: = KL gắn cố định vào 2 điểm A, B - 2 chổi quét a, b gắn cố định vào máy Khi khung quay vành khuyên tì vào trục quét để dao động tạo ra từ máy đến mạch ngoài. Chú ý: - Đối với máy phát có phần cảm quay, phần ứng đứng yên- không cần bộ góp điện Dây pha 1 Upha Dây trung hòa Udây Dây pha 2 Udây A’1 B’1 B’3 B’ A1 B2 B1 B3 Dây pha 3 A’2 A’3 A2 A3 Dây pha 1 A’1 Dây pha 2 Dây pha 3 B’3 B’ A’2 A’3 B’2 A1 B3 A2 B1 B2 A3 Cách mắc sao Cách mắc Δ - Đối với các lõi thép dùng trong máy được ghép bằng nhiều lá thép mỏng ghép cách điện để tránh dòng điện Fucô. Cách tạo ra từ trường quay bằng dao động 3 pha Cho dòng 3 pha vào 3 nam châm điện đặt lệch nhau 1200 trên vòng tròn. Khi đó B trong các cuộn dây của động cơ cùng dao động điều hòa giống dao động xoay chiều. Giả sử xét tại t = T/4 + B : của cuộn 1, hướng ra xa có độ lớn B1 = B0. 2, 3 hướng vào trong B2=B3= 2 0B− + Từ trường tổng cộng: 4 .3 44 42 1. 2 60cos. 000 0 1,3 00 21,2 321 BBBBB BBBBB BBBB =++= ===°= ++= Hướng B ra xa cuộn 1. Tương tự sau 1/3 T: Từ trường tổng cộng B’ 2 .3 0B= hướng ra xa cuộn 2. 1/3 T: Từ trường tổng cộng B’’ 2 .3 0B= hướng ra xa cuộn 3. Kết luận: vậy từ trường tổng cộng của 3 cuộn dây quay xung quanh tâm O với tần số dao động Câu 8: Sự biến thiên điện tích vào dòng điện trong mạch dao động 1. Sự biến thiên điện tích trong mạch dao động: Cho 1 mạch điện gồm: + nguồn điện 1 chiều P + 1 tụ điện, 1 cuộn cảm, 1 khóa K * K đóng vào A: tụ điện được tích điện. Điện tích thay đổi từ q0 = 0 đến q0 = Q0 (Q0: điện tích cực đại của tụ) * Khi tụ đạt q0 = Q0 ta chuyển từ A sang B -> có dòng điện chạy trong mạch LC (Do tụ điện phóng điện) => i tăng -> trong dây có 1 suất điện động cảm ứng (e) 'q t qi =Δ Δ= (Δt nhỏ) ''.'.. qLiL t iLe −=−=Δ Δ−= Mặt khác: Do r = 0 -> e = UL = -L.q’’ 2 T 2 3T T B1 B2 B3 O t K A M B P + - C L r=0 Ta có: UL = Uc = c qqL c q =−⇒ .. 0'' =+⇒ LC qq Đặt LC 12 =ω )sin(. 0'' 0 2 ϕω ω +=⇒ =+⇒ tQq qq Câu 9: Sóng điện từ 1. Định nghĩa: Sóng điện từ là quá trình truyền đi trong không gian của điện từ trường biến thiên tuần hòan theo thời gian. 2. Các tính chất của sóng điện từ: + Sóng điện từ để trong các môi trường vật chất và trong môi trường chân không. vận tốc truyền: v = c = 3.108 m/s. Bước sóng: f 10.3 f 8 == cλ Nếu mạch chỉ có dao động LC có LC f LC πω 2 1;1 == + Sóng điện từ là sóng ngang: trong quá trình truyền sóng tại 1 điểm bất kì ⊥⊥ BE phương truyền sóng + Khi truyền trong không gian sóng điện từ mang 1 năng lượng tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của f: ω ∼ f4. + Sóng điện từ theo các định luật phản xạ, khúc xạ và giao thoa. Câu 10: 1. Sóng vô tuyến: là loại sóng điện từ dùng tang thông tin vô tuyến. 2. Các loại sóng: + Sóng dài: ít bị nước hấp thụ dùng trong thông tin dưới nước và không truyền đi xa được trên mặt đất do có λ lớn nên f nhỏ => Năng lượng nhỏ. + Sóng trung: Ban ngày bị tầng điện ly hấp thụ nên không truyền đi xa được. Ban đêm tầng điện li phản xạ, lại sóng trung -> truyền được đi xa trên mặt đất. + Sóng ngắn: Năng lượng lớn hơn sóng trung nên được tầng điện li phản xạ về mặt đất. Mặt đất lại phản xạ lần 2 tầng điện li lại phản xạ lại…Khi đó các đài phát đi sóng ngắn có thể truyền được đến mọi điểm trên trái đất. + Sóng cực ngắn: Có năng lượng lớn nhất và không bị tầng điện li hấp thụ hoặc phản xạ. Có khả năng truyền đi rất xa theo đường thẳng nhưng do mặt đất cong nên muốn truyền xa trên mặt đất cần có đài tiếp songs trên mặt đất hoặc vệ tinh nhân tạo. E B C ÔN TẬP VẬT LÝ Câu 1: - Dao động điều hòa là một dao động được mô tả bằng 1 định luật dạng sin (hoặc cosin) trong đó A, ω, ϕ là những hằng số: - Biểu thức: x = A.sin(ωt+ϕ) = A.cos(ωt+ϕ) + x: li độ của vật dao động điều hòa (cm, m…) x>0 hoặc x<0 ∈ hàm sin + A: biên độ của vật dao động điều hòa (cm, m)-A>0 và cùng đơn vị với x + ω: tần số góc của vậ dao động điều hòa (đơn vị: rad/s; s-1 – (ω>0) + ϕ: pha ban đầu của vật dao động điều hòa + (ωt+ϕ): pha của vật dao động điều hòa tại thời gian t. + T: chu kì dao động của vật (s) + f: tần số dao động của vật (Hz) - Công thức vận tốc: v = A.ω.cos(ωt+ϕ) - Công thức gia tốc: a = -A.ω2.sin(ωt+ϕ) A -A x v ωA -ωA ω2A -ω2A t t t a O 4 T 2 T 4 3T 4 5T T O P P x (+) 0F O Fx F0 Câu 2: Con lắc lò xo – Con lắc đơn 1. Cấu tạo: - Con lắc lò xo: + gồm 1 viên bi có khối lượng m được gắn vào 1 lò xo có độ cứng k (có khối lượng không đáng kể). Trong hòn bi có rãnh cho nó chuyển động không ma sát dọc theo thanh ngang cố định ≡ trục lò xo. - Con lắc đơn: + Gồm 1 viên bi có khối lượng m được gắn vào sợi dây không dãn chiều dài, khối lượng không đáng kể. Con lắc lò xo B1: Chọn gốc tọa độ tại O - Chiều (+): Ox - Gốc thời gian B2: Viết phương trình đl II Niutơn: Tại VTCB: k gml lkgm FP FP . .. 0 0 0 0 0 0 =Δ⇒ Δ= ⇔=−⇒ =+⇒ tại x>0 (tại C) a .F a .F F a.F x x m mP mP =⇔ =++ =+ => -k.x = m.a (x’’=a; k/m = ω2) '' . 2 xx a m xk =−⇔ =−⇔ ω Nghiệm phương trình là: x=A.sin(ωt+ϕ) Con lắc đơn B1: xđ hệ qui chiếu + Chọn trục tọa độ theo phương ngang + Gốc tọa độ O là vị trí cân bằng. + Gốc thời gian tại thời điểm vật bắt đầu dao động B2: Xét các lực tác dụng vào vật + trọng lực P=mg + Lực căng T Tại thời điểm bất kì con lắc đơn có li độ góc α0 phân tích P thành ⊥1P sợi dây (phương) ≡2P phương sợi dây - Trên sợi dây có ht2 F =+ TP l vmgmT 2 0 .cos.. =−→ α P1: là lực truyền gia tốc cho lực dao động. B3: áp dụng định luật II Niutơn: -P1 = m.g.sinα0 = m.a => -g.sinα0 = a Vì α0 là góc nhỏ nên sinα0 l x l OD =≈ '.'. )'';(. 2 2 xx xal ga l xg =−⇒ ===−⇒ ω ω Nghiệm phương trình là: x=A.sin(ωt+ϕ) P P 2P 1P x α0 Fm x F®h x M' O M F®h Câu 2: 1. Khảo sát sự biến đổi năng lượng dao động điều hòa con lắc lò xo a. Biến đổi định tính + Khi kéo vật từ O->M lực kéo đã thực hiện 1 công. Công lực kéo chuyển hóa cho lò xo dưới dạng thế năng đàn hồi. + Khi Fk không còn thì vật chuyển động từ M->O dưới tác dụng của lực đàn hồi Et giảm; Eđ tăng. + Tại O: Et = 0 -> v=vmax -> Eđ max. + Từ O->M: vật chuyển động quán tính-> lò xo nén lại-> xuất hiện lực đàn hồi cản trở chuyển động của vật. Et tăng, Eđ giảm + Tại M’: vật chuyển động nhanh dần dưới tác dụng của lực đàn hồi: Et giảm; Eđ tăng. Quá trình tiếp tục lặp đi lặp lại KL: Trong quá trình dao động của con lắc lò xo khi Et của lò xo giảm thì Eđ của con lắc tăng lên và ngược lại b. Sự biến đổi định lượng G/s vật dao động điều hòa theo pt x=A.sin(ωt+ϕ) v=A.ω.cos(ωt+ϕ) * Động năng của vật tại thời điểm t: Eđ = )(cos....2 1.. 2 1 2222 ϕωω += tAmvm Eđ )(cos...2 1 22 ϕω += tAK * Thế năng của lò xo tại thời điểm t: )(sin... 2 1.. 2 1 222 ϕω +== tAKxkEt )sin(.... 2 1 22 ϕωω += tAmEt Cơ năng của con lắc lò xo: E = Et + Eđ 222 ... 2 1.. 2 1 AmAKE ω== 2. Khảo sát sự biến đổi năng lượng của con lắc đơn a. Biến đổi định tính: * kéo vật từ O->M 1 góc α0: lực kéo thực hiện công làm con lắc chuyển hóa dưới dạng thế năng trọng trường. * IIP làm con lắc chuyển M->O * Tại M: Eđ = 0 * Tại O: h giảm-> Et giảm-> Eđ max * O->M: con lắc chuyển động do quán tính Et tăng -> Eđ giảm IIP cản chuyển động của con lắc * M’: Eđ = 0, Et = max * M’->O: do IIP kéo về: Eđ tăng -> Et giảm b. Biến đổi định lượng: * Xét tại điểm C bất kì: EC = EđC + EtC. EtC = m.g.hC. ΔEđC = EtM – EtC. EđC – EđM = EtM - EtC. EđC = m.g.hM – m.g.hC. E = m.g.hM – m.g.hC + m.g.hC.= m.g.hM = const * Tính hM theo l và α0: 2 22 22 0 0 2 002 0 . 2 .. 2 ... 2 .. 2 ... 4 ...) 2 sin.2.(.. )cos1.(.. AkAmE Agm l AlgmE l A lgm lgmlgm lgmE C C C == =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= = = == −= ω α α αα α Câu 3 1. Liên hệ giữa chđtđ và dao động điều hoà. * Xét 1 chất điểm M chuyển động trên đường tròn tâm O, bán kính R=A. * Chọn OC làm trục chuẩn Δ * Chất điểm chuyển động đều với vận tốc ω * t = 0, chất điểm ở vị trí M0 xác định bởi ϕ tại t chất ở điểm M xác định bởi (ωt+ϕ) Chiếu OM xuống xx’: OP = OM. sin(ωt+ϕ) OP = A. sin(ωt+ϕ) (1) So sánh (1) với phương trình dao động điều hoà x=A.sin(ωt+ϕ) 1P x α0 T P M M IIP x' CO 0M M x t P => Một vật chuyển động tròn đều với vậnt tốc góc ω có thể được coi như 1 dao động điều hoà có biên độ A = (bk của chđt) = R. 2. Phương pháp dao động điều hoà bằng véc tơ quay 3. Cách tổng hợp 2 dao động điều hoà cùng phương cùng tần số bằng phương pháp véc tơ quay. Cho vật tham gia đồng thời 2 dao động điều hoà x1 = A1..sin(ωt+ϕ1) x2 = A2..sin(ωt+ϕ2) Bằng phương pháp véc tơ quay ta có dao động tổng hợp cùng 1 dao động điều hoà là: x=A.sin(ωt+ϕ) * A = A1 + A2 -> A2 = A21 + A22 + 2.A1.A2.cos(ϕ1-ϕ2) * ω = ω1 - ω2. * 2211 2211 cos.cos. sin.sin. ϕϕ ϕϕϕ AA AAtg + += + Nếu 2 dao động cùng pha: Δϕ = 0 -> A = A1 + A2. + Nếu 2 dao động ngược pha: Δϕ = π -> A = |A1 - A2| + Nếu Δϕ bất kì: |A1 - A2| < A < (A1 + A2) Câu 4: Sóng cơ học – Sóng âm 1. Sóng cơ học là những loại cơ học lan tryền trong môi trường vật chất theo thời gian. 2. Sóng dọc: là sóng có phương dao động của các thành phần phân tử bằng phương truyền sóng. 3. Sóng ngang: là sóng có phương dao động của các thành phần phân tử vuông góc với phương truyền sóng. 4. Sóng kết hợp: là sóng tạo bởi 2 nguồn kết hợp 5. Sự truyền âm: được truyền trong các môi trường rắn, lỏng, không khí nhưng không truyền được trong chân không. 6. Vận tốc âm: + Vrắn > Vlỏng > Vkhí. + Thuộc tính đàn hồi và mật độ môi trường khi nhiệt độ thay đổi thì vận tốc truyền âm cũng thay đổi. Q A A1 A2 P ϕ1 ϕ2 ω 7. Độ cao của âm: + âm có tần số nhỏ: âm thấp, âm trầm. + âm có tần số lớn: âm cao, âm thanh + âm có tần số phát ra biến thiên tuần hoàn: nhạc âm: gây cảm giác dễ chịu: hát, đàn… + âm phát ra có tần số biến thiên không tuần hoàn: tạp âm: gây cảm giác khó chịu. VD: tiếng gõ, đập… -> Độ cao của âm là 1 đặc tính sinh lí của âm dựa vào đặc tính vật lý của âm là tần số. 8. Sóng dừng: là hiện tượng giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ trong đó nút sóng là những điểm không dao động còn bụng sóng là những điểm dao động cực đại cố định trong không gian. AB (a) (b) x' x B n R Máy phát điện 1 chiều 1. cấu tạo: - Một khung dây hình chữ nhật quay đều quanh trục xx’ đặt trong từ trường có cảm ứng từ B ⊥ xx’. - 2 bán khuyên: 1. gắn cố định với A Bộ góp 2. gắn cố định với B - 2 chổi quét: a (+); b (-) gắn cố định vào máy. 2. Hoạt động: Dựa trên nguyên tắc cảm ứng từ. Khung quay làm φ biến thiên điều hoà xuất hiện trong khung 1 suất điện động cảm ứng biến thiên điều hoà -> dao động tạo ra là dao động xoay chiều. Do bố trí từ 2 vòng bán khuyên vào A, B. Khi dao động trong khung đổi chiều làm các vành bán khuyên đổi trục quét: + Chổi quét a luôn là cực (+) + Chổi quét b luôn là cực (-) - Dao động đưa ra ngoài là dao động 1 chiều T/2 đầu A (+) I từ A -> a -> R -> b -> B B (-) T/2 sau A (+) bán khuyên (2): B vào a B (-) (1): tì vào b I từ B -> a -> R -> b -> A BA ~ R 2 Q N D1 3D D M A ~ B P D4 tO i ChØnh l−u 2 nöa chu k× O t i T 2 T Sö dông bé läc Câu7: Phương pháp chỉnh lưu 1. Chỉnh lưu 1 nửa chu kì - Dụng cụ: + 1 điốt bán dẫn (tác dụng chỉnh cho dòng điện 1 chiều qua) + 1 nguồn xoay chiều + 1 điện trở R - Hoạt động: + Trong nửa chu kì đầu: A: cực (+) . B cực (-) dòng điện đi từ A đến đi ốt Đ, đến R, đến B. + Trong nửa chu kì sau: A cực (-). B cực (+) dòng điện không đi qua được tải R. - Nhận xét: Dòng điện chỉnh lưu bằng phương pháp 1 nửa chu kì là dòng nhấp nháy không thuận tiện trong sử dungj và được dùng để náp ắc qui. 2. Chỉnh lưu 2 nửa chu kì: - Dụng cụ: + 4 đi ốt bán dẫn + 1 điện trở R + 1 nguồn xoay chiều - Hoạt động: + Trong 1/2 T đầu: A cực (+); B cực (-) dòng điện từ A->M->N->P->Q->B. + Trong 1/2 T sau: A cực (-); B cực (+) dòng điện từ B->Q->N->R->P->M->A. - Nhận xét: Dùng phương pháp chỉnh lưu 2 nửa chu kì thì dao động đi qua được điện trở R trong cả chu kì nhưng dòng điện này vẫn còn nhấp nháy. Để tránh sự nhấp nháy của dao động thường sử dụng bộ lọc trong thiết bị điện 3. Ưu nhược điểm của phương pháp chỉnh lưu: - Ưu điểm: - Hiệu quả kinh tế cao, thiết bị dễ chế tạo, ít tốn kém, gọn vận chuyển dễ dàng… Có thể tạo ra dòng 1 chiều công suất lớn. - Nhược điểm: + Dòng 1 chiều tạo ra vẫn còn nhấp nháy. + Có thể làm giảm sự nhấp nháy bằng bộ lọc. Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp A B A’ B’ A B A’ B’ Câu 6: MÁY BIẾN THẾ I. ĐN: Máy biến thế là thiết bị cho phép biến đổi hiệu điện thế xoay chiều II, cấu tạo, hoạt động 1. cấu tạo: - 2 cuộn dây dẫn (dây đồng) có điện trở nhỏ + Cuộn 1: cuộn sơ cấp (N vòng) cuốn trên 1 lõi thép 2 đầu A, B nối với nguồn điện có hiệu điện thế U. + Cuộn 2: cuộn thứ cấp có N’ vòng (N’≠N) cuốn trên 1 lõi thép. 2 đầu A’, B’ nối ra mạch ngoài (mạch tiêu thụ điện) hiệu điện thế U’. - Các lá thép mỏng hình chữ nhật ghép cách điện với nhau (khoét ở giữa) 2. Hoạt động: - Dựa trên hiện tượng cảm ứng từ. - Khi cuộn sơ cấp nối với nguồn xoay chiều thì dao động trong cuộn sơ cấp làm phát sinh 1 từ trường biến thiên trong lõi thép làm phát sinh φ biến thiên và φ biến thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấp gây ra dòng điện cảm ứng chạy qua cuộn thứ cấp và ra mạch ngoài (ra tải tiêu thụ) 3. Sự biến đổi hiệu điện thế và dòng điện qua máy biến thế: - Cuộn sơ cấp: hđt Sđđ Cđdđ Số vòng - Cuộn thức cấp: U’ e’, E’0 I’ N’ Khi có dòng điện đi vào cuộn sơ cấp thì φ qua mỗi vòng dây của 2 cuộc có giá trị tức thời như nhau và gây ra trên mỗi vòng dây 1 suất điện động là e0 như nhau. Khi đó suất điện động tức thời trên cuộn sơ cấp e = N.e0. thứ cấp e’ = N’.e0. Tỉ số: '' N N e e = Vì điện trở qua các cuộn M, N nhỏ => e = U e’ = U’ →∉ tg e e ' E = U -> ''E' E N N U U == E’ = U’ Nhận xét: + N > N’ => U > U’ => Máy có tác dụng hạ thế + N U Máy có tác dụng tăng thế Kết luận: + Tỉ số hiệu điện thế ở 2 đầu sơ cấp, thứ cấp bằng tỉ số vòng dây 2 cuộn đó. + Dùng máy biến thế làm hiệu điện thế tăng bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện sẽ giảm đi bấy nhiêu lần.