Giáo án Vật lý Lớp 12 - Bài 17: Máy phát điện xoay chiều

MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I / MỤC TIÊU : Hiểu nguyên tắc hoạt động của các máy phát điện xoay chiều. Nắm được cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha. Biết vận dụng các công thức để tính tần số và suất điện động của máy phát điện xoay chiều. II / CHUẨN BỊ : 1 / Giáo viên : Mô hình máy phát điện xoay chiều một pha, tranh vẽ sơ đồ các loại máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha. 2 / Học sinh : Xem lại hiện tượng cảm ứng điện từ III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC : Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Hoạt động 1 : HS : Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện GV : Nguyên tắc hoạt động của các loại từ HS :  = 0 cos 2ft HS : e =  N dt d = 2f N 0 sin 2ft HS : e = 2f N 0 cos ( 2ft   / 2 ) HS : E0 = 2f N 0 HS : Từ trường cố định, vòng dây quay. HS : Từ trường quay, vòng dây cố định. Hoạt động 2 : HS : Phần cảm và phần ứng. HS : Nam châm điện, nam châm vĩnh cữu. HS : Những cuộn dây máy phát điện xoay chiều là gì ? GV : Viết biểu thức từ thông qua mỗi vòng dây ? GV : Viết biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây có N vòng ? GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây có N vòng ? GV : Viết biểu thức biên độ của suất điện động ? GV : Nêu hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng trong các máy phát điện ? GV : Nêu tên hai bộ phận chính của máy phát điện xoay chiều ? GV : Phần cảm được cấu tạo như thế nào ? GV : Phần ứng được cấu tạo như thế nào ? HS : stato, roto HS : Phần ứng gồm nhiều cuộn dây, mỗi cuộn dây lại gồm nhiều vòng dây mắc nối tiếp, phần cảm gồm nhiều nam châm điện. HS : Quấn trên các lõi thép kỹ thuật. HS : Lõi thép gồm nhiều lá thép mỏng ghép cách điện. HS : Có 2 cách HS : hai vành khuyên, hai thanh quét. Hoạt động 3 : HS : Nêu định nghĩa. HS : e1 = Eocost e2 = Eocos(t - 2 3  ) e3 = Eocos(t + 2 3  ) GV : Nêu tên của phần quay và phần cố định của máy phát điện ? GV : Người ta phải làm gì để tăng suất điện động của máy phát ? GV : Để tăng cường từ thông qua các cuộn dây người ta phải làm gì ? GV : Muốn tránh dòng điện PhuCô người ta phải làm gì ? GV : Các máy phát điện xoay chiều 1 pha có mấy cách hoạt động ? GV : Để dẫn dòng điện ra ngoài người ta phải làm bằng cách nào ? GV : Dòng điện xoay chiều 3 pha là gì ? GV : Viết các biểu thức suất điện động xuất hiện trong cuộn dây ? HS : 3 cuộn dây giống nhau. HS : Tam giác hoặc sao GV : Quan sát hình vẽ 42.4 mô tả cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 3 pha ? GV : Tải tiêu thụ điện năng được mắc như thế nào ? IV / NỘI DUNG : 1. Nguyên tắc hoạt động máy phát điện xoay chiều a) Nguyên tắc hoạt động của các loại máy phát điện xoay chiều là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ : khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều. b) Có hai cách tạo ra suất điện động xoay chiều thường dùng trong các máy điện : - Từ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trường. - Từ trường quay, các vòng dây đặt cố định. 2. Máy phát điện xoay chiều một pha a) Các bộ phận chính Có hai bộ phận chính là phần cảm và phần ứng. - Phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Đó là phần tạo ra từ trường. - Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động. Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto. Để tăng suất điện động của máy phát, phần ứng thường gồm nhiều cuộn dây, mỗi cuộn lại gồm nhiều vòng dây mắc nối tiếp với nhau; phần cảm gồm nhiều nam châm điện tạo thành nhiều cặp cực Bắc – Nam, bố trí lệch nhau. Các cuộn dây của phần ứng và phần cảm thường được quấn trên các lõi thép kĩ thuật để tăng cường từ thông qua chúng. Lõi thép gồm nhiều lá thép mỏng ghép cách điện với nhau để giảm hao phí do dòng Phu – cô. b) Hoạt động Các máy phát điện xoay chiều một pha có thể hoạt động theo hai cách : - Cách thứ nhất : phần ứng quay, phần cảm cố định. - Cách thứ hai : phần cảm quay, phần ứng cố định. Các máy hoạt động theo cách thứ nhất có stato là nam châm đặt cố định, rôto là khung dây quay quanh một trục trong từ trường tạo bởi stato. Để dẫn dòng điện ra mạch ngoài, người ta dùng hai vành khuyên đặt đồng trục và cùng quay với khung dây (Hình 42.1). Mỗi vành khuyên có một thanh quét tì vào. Khi khung dây quay, hai vành khuyên trượt trên hai thanh quét, dòng điện truyền từ khung dây qua hai thanh quét ra ngoài. Các máy hoạt động theo cách thứ hai có rôto là nam châm, thường là nam châm điện được nuôi bỏi dòng điện một chiều; stato gồm nhiều cuộn dây có lõi sắt, xếp thành một vòng tròn. Các cuộn dây của rôto cũng có lõi sắt và xếp thành vòng tròn, quay quanh trục qua tâm vòng tròn. Hình 42.1 Sơ đồ máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng quay, phần cảm cố định 3. Máy phát điện xoay chiều ba pha a) Dòng điện xoay chiều ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây bởi ba suất điện động cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch nhau về pha là 2 3  e1 = Eocost e2 = Eocos(t - 2 3  ) e3 = Eocos(t + 2 3  ) b) Cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha được tạo ra bởi máy phát điện xoay chiều ba pha. Máy này có cấu tạo giống như máy phát điện một pha hoạt động theo cách thứ hai nhưng stato có ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lõi sắt đặt lệch nhau 120o trên một vòng tròn. Rôto là một nam châm điện (Hình 42.4). Hình 42.4 Sơ đồ cấu tạo của một máy phát điện xoay chiều ba pha Khi rôto quay đều, các suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ba cuộn dây có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2 3  . Nếu nối các đầu dây của ba cuộn với ba mạch ngoài giống nhau thì ta có hệ ba dòng điện cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch nhau về pha là 2 3  . V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ : Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1, 2 Xem bài 43