Phương pháp học nhanh Vật lí Lớp 12 - Tập 2 - Chuyên đề 3: Điện xoay chiều - Chủ đề 21: Máy phát điện và động cơ điện - Phạm Hồng Vương

Nội dung text: Phương pháp học nhanh Vật lí Lớp 12 - Tập 2 - Chuyên đề 3: Điện xoay chiều - Chủ đề 21: Máy phát điện và động cơ điện - Phạm Hồng Vương

1. CHỦ ĐỀ: MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều Tạo ra dòng điện xoay chiều bằng máy phát điện dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: Từ thông:  NBScos t 0 cos t d Suất điện động: e  NBScos t E cos t . dt 0 2. Tần số của dòng điện xoay chiều: Máy phát có một cuộn dây và một nam châm (gọi là một cặp cực) và rôto quay 11 vòng trong một giây thì tần số dòng điện là f n . Máy có p cặp cực và rôto quay n vòng trong một giây thì f np . Chú ý: + Vì f tỉ lệ với n nên ,E, ZL cũng tỉ lệ với n, còn Zc tỉ lệ nghịch với n. + Khi bỏ qua điện trở các cuộn dây của máy phát xoay chiều 1 pha thì U E I.Z nên lúc này U cũng tỉ lệ với n. 3. Máy phát điện xoay chiều ba pha: 2 2 e1 E0 cost;e2 E0 cos t ;e3 E0 cos t 3 3 Chú ý: Khi suất điện động ở một pha đạt cực đại e1 E0 và hướng ra ngoài thì các suất điện động kia E đạt giá trị: e = e 0 và hướng vào trong. 2 3 2 4. Đối với động cơ điện ba pha, các bài toán thường liên quan đến công suất: 2 Công suất tiêu thụ trên động cơ điện: Pco I r UI cos . A Trong đó: Pco ich t A: Công cơ học (công mà động cơ sản ra) ĐV: kWh 2 Pcó ích: (công suất mà động cơ sản ra) ĐV: kW Phao phí R.I t: thời gian ĐV: h Ptoan phan Ui cos R: điện trở dây cuốn ĐV:  Ptoan phan Phao phí Pco ich Phao phí : công suất hao phí ĐV: kW Ptoan phan Pco ich H .100% Ptoan phan : công suất toàn phần (công suất tiêu thụ của động cơ) Ptoan phan ĐV: kW cos : Hệ số công suất của động cơ U: Điện áp làm việc của động cơ. ĐV: V I: Dòng điện hiệu dụng qua động cơ. ĐV: A II. BÀI TẬP A. KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT Bài 1: Phát biểu nào sau đây về động cơ không đồng bộ ba pha là sai? A. Hai bộ phận chính của động cơ là rôto và stato. Trang 1
2. B. Bộ phận tạo ra từ trường quay là stato. C. Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng là dựa trên hiện tượng điện từ. D. Có thể chế tạo động cơ không đồng bộ ba pha với công suất lớn. Bài 2: Một động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động bình thường khi hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu mỗi cuộn dây là 100 V. Trong khi đó chỉ có một mạng điện xoay chiều ba pha do một máy phát ba pha tạo ra, suất điện động hiệu dụng ở mỗi pha là 173 V. Để động cơ hoạt động bình thường thì ta phải mắc theo cách nào sau đây? A. Ba cuộn dây của máy phát theo hình tam giác, ba cuộn dây của động cơ theo hình sao. B. Ba cuộn dây của máy phát theo hình tam giác, ba cuộn dây của động cơ theo tam giác. C. Ba cuộn dây của máy phát theo hình sao, ba cuộn dây của động cơ theo hình sao. D. Ba cuộn dây của máy phát theo hình sao, ba cuộn dây của động cơ theo hình tam giác. Bài 3: Một động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động bình thường khi điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mỗi cuộn dây là 220 V. Trong khi đó chỉ có một mạng điện xoay chiều ba pha do một máy phát ba pha tạo ra, suất điện động hiệu dụng ở mỗi pha là 127 V. Để động cơ hoạt động bình thường thì ta phải mắc theo cách nào sau đây? A. Ba cuộn dây của máy phát theo hình tam giác, ba cuộn dây của động cơ theo hình sao. B. Ba cuộn dây của máy phát theo hình tam giác, ba cuộn dây của động cơ theo tam giác. C. Ba cuộn dây của máy phát theo hình sao, ba cuộn dây của động cơ theo hình sao. D. Ba cuộn dây của máy phát theo hình sao, ba cuộn dây của động cơ theo hình tam giác. Bài 4: Người ta có thể tạo ra từ trường quay bằng cách cho A. nam châm vĩnh cửu hình chữ U quay đều quanh trục đối xứng của nó. B. dòng điện xoay chiều chạy qua nam châm điện. C. dòng điện xoay chiều một pha chạy qua ba cuộn dây của stato của động cơ không đồng bộ ba pha. D. dòng điện một chiều chạy qua nam châm điện. Bài 5: Phát biểu nào sau đây là không đúng? Cảm ứng từ do cả ba cuộn dây gây ra tại tâm stato của động cơ không đồng bộ ba pha, khi có dòng điện xoay chiều ba pha đi vào động cơ có A. độ lớn không đổi.B. phương không đổi. C. hướng quay đều.D. tần số quay bằng tần số dòng điện. Bài 6: Gọi B0 là cảm ứng từ cực đại của một trong ba cuộn dây ở động cơ không đồng bộ ba pha khi có dòng điện vào động cơ. Cảm ứng từ do cả ba cuộn dây gây ra tại tâm stato có giá trị A. B 0. B. B B0. C. B 1,5B0. D. B 3B0. Bài 7: Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha dựa trên hiện tượng A. cảm ứng điện từ. B. tự cảm. C. cảm ứng điện từ và lực từ tác dụng lên dòng điện. D. tự cảm và lực từ tác dụng lên dòng điện. Bài 8: Thiết bị nào sau đây có tính thuận nghịch? A. Động cơ không đồng bộ ba pha.B. Động cơ không đồng bộ một pha. C. Máy phát điện xoay chiều một pha.D. Máy phát điện một chiều. Bài 9: Trong các máy phát điện xoay chiều một pha Trang 2
3. A. bộ góp điện được nối với hai đầu của cuộn dây stato. B. phần tạo ra suất điện động cảm ứng là sta- to. C. phần tạo ra từ trường là rôto. D. suất điện động của máy tỉ lệ với tốc độ quay của rôto. Bài 10: Đối với máy phát điện xoay chiều A. biên độ của suất điện động tỉ lệ với số cặp của nam châm. B. tần số của suất điện động tỉ lệ với số vòng dây của phần ứng. C. dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện ở các cuộn dây của phần ứng. D. cơ năng cung cấp cho máy được biến đổi hoàn toàn thành điện năng. Bài 11: Máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha giống nhau ở điểm nào? A. Đều có phần ứng quay, phẩn cảm cố định. B. Đều có bộ góp điện để dẫn điện ra mạch ngoài. C. Đều có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. D. Trong mỗi vòng dây của rôto, suất điện động của máy đều biến thiên tuần hoàn hai lần. Bài 12: Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha dựa vào A. hiện tượng tự cảm.B. hiện tượng cảm ứng điện từ. C. khung dây quay trong điện trường.D. khung dây chuyển động trong từ trường. Bài 13: Đối với máy phát điện xoay chiều một pha A. dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện ở các cuộn dây của phần ứng. B. tần số của suất điện động tỉ lệ với số vòng dây của phần ứng. C. biên độ của suất điện động tỉ lệ với số cặp cực từ của phần cảm. D. cơ năng cung cấp cho máy được biến đổi tuần hoàn thành điện năng. B. TĂNG TỐC: THÔNG HIỂU Bài 1: Máy phát điện xoay chiều một pha có p cặp cực, số vòng quay của rôto là n (vòng/phút) thì tần số dòng điện xác định là: A. f np B. f 60np C. f np / 60 D. f 60n / p Bài 2: Cho máy phát điện có 4 cặp cực, tần số là f 50 Hz , tìm số vòng quay của rôto? A. 25 vòng/s.B. 50 vòng/s.C. 12,5 vòng/s.D. 75 vòng/s. Bài 3: Khi n 360 vòng/phút, máy có 10 cặp cực thì tần số của dòng điện mà máy phát ra là bao nhiêu? A. 60 Hz.B. 30 Hz.C. 90 Hz.D. 120 Hz. Bài 4: Một máy phát điện có hai cặp cực rôto quay với tốc độ 3000 vòng/phút, 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. 1000 vòng/phút. Bài 5: Rôto của máy phát điện xoay chiều là một nam châm có 3 cặp cực, quay với tốc độ 1200 vòng/phút. Tần số của suất điện động do máy tạo ra là A. f 40 Hz. B. f 50 Hz. C. f 60 Hz. D. f 70 Hz. Bài 6: Stato của một động cơ không đồng bộ ba pha gồm 6 cuộn dây, cho dòng điện xoay chiều ba pha tần số 50 Hz vào động cơ. Từ trường tại tâm của stato quay với tốc độ bằng bao nhiêu? A. 3000 vòng/phút.B. 1500 vòng/phút.C. 1000 vòng/phút.D. 500 vòng/phút. Bài 7: Stato của một động cơ không đồng bộ ba pha gồm 9 cuộn dây, cho dòng điện xoay chiều ba pha tần số 50 Hz vào động cơ. Rôto lồng sóc của động cơ có thể quay với tốc độ nào sau đây? Trang 3
4. A. 3000 vòng/phút.B. 1500 vòng/phút.C. 1000 vòng/phút.D. 900 vòng/phút. Bài 8: Một máy phát điện xoay chiều 1 pha có rôto gồm 4 cặp cực, muốn tần số dòng điện xoay chiều mà máy phát 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. C. BỨT PHÁ: VẬN DỤNG Bài 1: Phần ứng cùa một máy phát điện xoay chiều có 200 vòng dây giống nhau. Từ thông qua một vòng dây có giá trị cực đại là 2 mWb và biến thiên điều hoà với tần số 50 Hz. Suất điện động của máy có giá trị hiệu dụng là bao nhiêu? A. E 88858 V. B. E 88,858 V. C. E 12566 V. D. E 125,66 V. Bài 2: Một máy phát điện mà phần cảm gồm hai cặp cực từ quay với tốc độ 1500 vòng/phút và phần ứng gồm hai cuộn dây mắc nối tiếp, có suất điện động hiệu dụng 220 V, từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là 5 mWB. Mỗi cuộn dây gồm có bao nhiêu vòng? A. 198 vòng.B. 99 vòng.C. 140 vòng.D. 70 vòng Bài 3: Chọn câu đúng trong các phát biểu sau đây? A. Dòng điện xoay chiều một pha chỉ có thể do máy phát điện xoay chiều một pha tạo ra. B. Suất điện động của máy phát điện xoay chiều tỉ lệ với số vòng dây của phần ứng. C. Dòng điện do máy phát điện xoay chiều tạo ra luôn có tần số bằng số vòng quay của rôto trong ls. D. Chỉ có dòng xoay chiề ba pha mới tạo ra từ trường quay. Bài 4: Một động cơ không đồng bộ ba pha mắc theo kiểu tam giác vào mạch ba pha có điện áp pha là 220V. Công suất điện của động cơ là 6 kW, hệ số công suất của động cơ là 0,8. Cường độ dòng điện chạy qua mỗi cuộn dây của động cơ bằng: A. 11,36 mA.B. 136A.C. 11,36 A.D. 11,63 A. Bài 5: Một mạng điện 3 pha mắc hình sao, điện áp giữa hai dây pha là 220 V. Điện áp giữa một dây pha và dây trung hoà nhận giá trị nào? A. 381 V.B. 127 V.C. 660 V.D. 73 V. Bài 6: Một động cơ không đồng bộ ba pha được mắc theo hình sao và mắc vào mạng điện ba pha hình 10 sao với điện áp pha hiệu dụng 220 V. Động cơ đạt công suất 3 kW và có hệ số công suất cos . Tính 11 cường độ dòng điện hiệu dụng qua mỗi cuộn dây của động cơ. A. 10AB. 5 A.C. 2,5AD. 2,5 A. Bài 7: 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. 1080 W.B. 360 W.C. 3504,7 W.D. 1870 W. D. VỀ ĐÍCH: VẬN DỤNG CAO Bài 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. Điện áp giữa hai dây pha có giá trị bao nhiêu? A. 232 V.B. 240 V.C. 510 V.D. 208 V. Bài 2: Một máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp pha là 120 V. 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 Trang 4
5. A. 384 W.B. 238 W.C. 1,152 kW.D. 2,304 kW. Bài 3: Phần cảm của một máy phát điện xoay chiều có 2 cặp cực và quay 25 vòng/s tạo ra ở hai đầu một điện áp có trị hiệu dụng U 120 V . Tần số dòng điện xoay chiều là A. 25 Hz.B. 100 Hz.C. 50 Hz.D. 60 Hz. Bài 4: Phần cảm của một máy phát điện xoay chiều có 2 cặp cực và quay 25 vòng/s tạo ra ở hai đầu một điện áp có trị hiệu dụng U 120 V . Dùng nguồn điện này mắc vào hai đầu một đoạn mạch điện gồm cuộn dây có điện trở hoạt động R 10  , độ tự cảm L 0,159 H mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C 159F . Công suất tiêu thụ của mạch điện bằng: A. 14,4 W.B. 144 W.C. 288 W.D. 200 W. Bài 5: Một máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp giữa dây pha và dây trung hoà là 220 V. Điện áp giữa hai dây pha bằng: A. 220 V.B. 127 V.C. 220 V.D. 380 V. Bài 6: 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. 2,2AB. 38AC. 22AD. 3,8A Bài 7: Một máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình sao có điện áp giữa dây pha và dây trung hoà là 220 V. 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. 22AB. 38AC. 66AD. 0A Bài 8: Một máy phát điện xoay chiểu ba pha mắc hình sao có điện áp giữa dây pha và dây trung hoà là 220 V. 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. 8712 W.B. 8712 kW.C. 871,2 W.D. 87,12 kW. Bài 9: Một động cơ điện mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220 V tiêu thụ công suất 2,64 kW. Động cơ có hệ số công suất 0,8 và điện trở thuần 2  . Cường độ dòng điện qua động cơ bằng A. 1,5AB. 15AC. 10AD. 2A Bài 10: Một động cơ điện mắc vào mạng điện xoay chiều có điện áp hiệu dụng 220 V tiêu thụ công suất 2,64 kw. Động cơ có hệ số công suất 0,8 và điện trở thuần 2  . Hiệu suất của động cơ bằng: A. 85%.B. 90%.C. 80%.D. 83%. Bài 11: Một máy phát điện xoay chiều một pha có rôto là một nam châm điện có một cặp cực quay đều với tốc độ n (bỏ qua điện trở thuần ở các cuộn dây phần ứng). Một đoạn mạch RLC được mắc vào hai cực của máy. Khi rôto quay với tốc độ n1 30 vòng/s thì dung kháng tụ điện bằng R; còn khi rôto quay với tốc độ n2 =40 vòng/s thì điện áp hiệu dụng trên tụ điện đạt giá trị cực đại. Để cường độ hiệu dụng qua mạch đạt giá trị cực đại thì rôto phải quay với tốc độ: A. 120 vòng/sB. 50 vòng/sC. 34,6 vòng/sD. 24 vòng/s III. HƯỚNG DẪN GIẢI A. KHỞI ĐỘNG: NHẬN BIẾT Bài 1: Chọn đáp án C Bài 2: Chọn đáp án C Bài 3: Chọn đáp án D Bài 4: Chọn đáp án A Trang 5
6. Bài 5: Chọn đáp án B Bài 6: Chọn đáp án C Bài 7: Chọn đáp án C Bài 8: Chọn đáp án D Bài 9: Chọn đáp án D Bài 10: Chọn đáp án A Bài 11: Chọn đáp án C Bài 12: Chọn đáp án B Bài 13: Chọn đáp án A B. TĂNG TỐC: THÔNG HIỂU Bài 1: Chọn đáp án C Bài 2: Chọn đáp án C Bài 3: Chọn đáp án A Bài 4: Chọn đáp án C Bài 5: Chọn đáp án C Bài 6: Chọn đáp án B Bài 7: Chọn đáp án D Bài 8: Chọn đáp án C C. BỨT PHÁ: VẬN DỤNG Bài 1: Chọn đáp án B Giải Suất điện động của máy phát điện là: E0 N..ol 125,66 V E Suất điện động của máy có giá trị hiệu dụng là: E 0 88,85 (V) 2 Bài 2: Chọn đáp án B Giải Ta có suất điện động cực đại của máy là: E0 Е. 2 220 2 V n.p 2.1500 Tần số của dòng điện xoay chiều là: f 50 Hz Tần số góc  100 rad / s 60 60 E Từ thông tổng cộng là:  0 1 WB 0  0,99 Tổng số vòng dây là: N 198 (vòng) 5.10 3 Số vòng của mỗi cuộn dây là: N1 cuộn N / 2 99 (vòng) Bài 3: Chọn đáp án B Giải Suất điện động của máy phát điện xoay chiều tỉ lệ với số vòng dây của phần ứng Vì E0 .0 mà 0 N.B.Svới N là số vòng dây của phần ứng Bài 4: Chọn đáp án C Giải Trang 6
7. Vì mắc theo kiểu tam giác nên: Ud Up 220 V Vì có 3 cuộn dây nên: P = 3.P1 cuộn P1 cuộn 2000 (W) Áp dụng công thức: P1 cuộn 2000 U.I.cos I 11,36 (A) Bài 5: Chọn đáp án B Giải Ta có điện áp giữa 2 dây pha là Ud 220 V U Vì mắc hình sao nên: U 3U U d 127 V d p p 3 Bài 6: Chọn đáp án B Giải Công suất của động cơ: P = 3.P1 cuộn 3kW P1 cuộn 1000 (W) Áp dụng công thức: P1 cuộn U.I.cos I 5 (A) Bài 7: Chọn đáp án A Giải 2 2 Ta có công suất của dòng điện 3 pha: P = 3.P1 cuộn 3.I .R 3.6 .10 1080 (W) D. VỀ ĐÍCH: VẬN DỤNG CAO Bài 1: Chọn đáp án A Giải R 10 1 Ta có hệ số công suất: cos . Công suất của 1 cuộn dây: 2 2 2 2 5 R ZL 10 20 P1 cuộn 360(W) U.I.cos Up 134,16 (V). Điện áp dây là: Ud Up 3 232,37 V Bài 2: Chọn đáp án C Giải R Hệ số công suất của mạch: cos 0,8 2 2 R ZL ZC 2 U 2 Công suất của dòng ba pha: P = 3.P1 cuộn 3. .cos 1152 (W) R Bài 3: Chọn đáp án C Giải Tần số của dòng điện xoay chiều: f n.p 50 Hz Bài 4: Chọn đáp án B Giải Tần số của dòng điện xoay chiều f 50 Hz  100 rad / s . Cảm kháng ZL .L 50 ; Dung R 1 kháng ZC 20 . Hệ số công suất của mạch điện: cos 2 2 10 R ZL ZC U2 Công suất: P .cos2 144 (W) R Trang 7
8. Bài 5: Chọn đáp án D Giải Ta có: Up 220 V Mắc hình sao thì Ud Up 3 220. 3 380 V Bài 6: Chọn đáp án C Giải 2 2 Tổng trở của mỗi pha là: Z R +ZL 10  U Cường độ dòng điện qua dây pha bằng: I 22 A Z Bài 7: Chọn đáp án D Giải Vì đây là tải đối xứng nên: i trung hòa 0 Bài 8: Chọn đáp án A Giải 2 2 Tổng trở của mỗi pha là: Z R +ZL 10  U Cường độ dòng điện qua dây pha bằng: I 22 A Z 2 Công suất của dòng điện ba pha là: P = 3.P1 cuộn 3.I .R 8712 (W) Bài 9: Chọn đáp án B Giải Cường độ dòng điện qua động cơ: P U.I.cos I 15 (A). Bài 10: Chọn đáp án D Giải Cường độ dòng điện qua động cơ: P U.I.cos I 15 (A). 2 Công suất hao phí của động cơ: Php I .R 450 W P P 2640 450 Hiệu suất của động cơ: H hp .100% 83% P 2640 Bài 11: Chọn đáp án A Giải Sử dụng phương pháp chuẩn hóa số liệu: 1 Vì n : f :  : U : ZL : nên ta có bảng sau: ZC Tốc độ quay U ZL ZC R n n1 30 1 1 x x 4 4 3 n n n .x x 2 1 3 3 4 n n3 kn1 k k k.x x Trang 8
9. Khi n n1 thì ZC R x 4 3 . x U.ZC 3 4 1 Khi n n2 thì UCmax nên ta có: UC 2 2 2 16 2 9 R ZL ZC 2 4 3 1 x 2 3 4 9x x 16 Để UCmax thì theo tam thức bậc 2 ta có: x R ZC U k 1 Khi n n3 thì I 2 2 2 16 1 R ZL ZC 16 4k k 2 9 3 9k 9 Để Imax thì mẫu số nhỏ nhất k 4 n3 4.n1 4.20 120 vòng/phút. Trang 9