Toptailieu.vn xin giới thiệu sơ lược Lý thuyết Máy phát điện xoay chiều Vật Lí 12 chọn lọc, hay nhất giúp học sinh lớp 12 ôn luyện để nắm chắc kiến thức cơ bản và đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí.

Mời các bạn đón xem: 

Máy phát điện xoay chiều (Lý thuyết + 26 bài tập có lời giải)

I. Lý thuyết Máy phát điện xoay chiều

1. Máy phát điện xoay chiều một pha.

     - Khái niệm: là máy tạo ra một suất điện động xoay chiều hình sin.

     - Cấu tạo: phần cảm: các nam châm

     Phần ứng: các cuộn dây nối với nhau.

     Phần nào quay sẽ được gọi là rôto, phần nào đứng yên sẽ gọi là stato.

     - Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Phần cảm với p nam châm (p cặp cực) tạo ra một từ thông xuyên qua phần ứng (khung dây). Khi một trong hai bộ phận quay với tốc độ n (vòng/s) thì từ thông qua phần ứng sẽ biên thiên với tần số f = pn, nên ở phần ứng sẽ có một suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số f.

2. Máy phát điện xoay chiều ba pha.

     - Khái niệm: là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau 2π/3.

     - Cấu tạo: Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên 1 vành tròn tại 3 vị trí đối xứng.

     Một nam chân quay quanh trục O với tốc độ góc ω không đổi

     - Nguyên tắc hoạt động: tương tự máy phát điện xoay chiều một pha. Khi nam châm quay ừ thông của mỗi cuộn dây sẽ biên thiên với tần số góc ω, cùng biên độ, nhưng lệch pha nhau 2π/3( do ba cuộn dây được đặt tại 3 vị trí đối xứng ( 3 trục của 3 cuộn dây đồng quy tại O và lệch nhau 2π/3)

     - Ứng dụng: tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha: là hệ 3 dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 2π/3, nếu tải là đối xứng thì 3 dòng điện có cùng biên độ.

     Ưu điểm của dòng điện ba pha: truyền tải điện năng đi xa tiết kiệm dây, cung cấp điện cho các độ cơ điện ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp.

II. Bài tập Máy phát điện xoay chiều

Câu 1: Một máy phát điện xoay chiều một pha có roto gồm 4 cặp cực từ, muốn tần số của dòng điện xoay chiều mà máy phát ra là 50 Hz thì roto phải quay với tốc độ:

A. 500 vòng/ phút

B. 750 vòng/phút

C. 1500 vòng/phút

D. 3000 vòng/phút

Câu 2: Trong mạch điện xoay chiều ba pha, tải mắc hình sao có dây trung hòa, khi một pha tiêu thụ điện bị hở thì cường độ dòng điện trong hai pha còn lại:

A. Đều tăng lên

B. Đều giảm xuống

C. Không thay đổi

D. Đều bằng 0

Câu 3: Một máy phát điện xoay chiều tạo nên suất điện động e = 220√2 cos100πt (V). Tốc độ quay của roto là 1500 vòng/ phút. Số cặp cực của roto là:

A. 2     

B. 4

C. 5     

D. 6

Câu 4: Một mạch tiêu thụ điện là cuộn dây có điện trở thuần r = 8 Ω, tiêu thụ công suất P = 32 W với hệ số công suất cosφ = 0,8. Điện năng được đưa từ máy phát điện xoay chiều một pha nhờ dây dẫn có điện trở R = 4 Ω. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đường dây nơi máy phát là:

A. 10√5 V     

B. 28 V

C. 12√5 V     

D. 24 V

- Ta có:- Điện áp hiệu dụng hai đầu đường dây nơi máy phát điện là :

Câu 5: Một động cơ không đồng bộ ba pha đang hoạt động có tải. Biết roto quay với tần số là f và chu kì của dòng điện là T. So sánh T và f ta thấy:

A. T = 1/f     

B. T < 1/f

C. T > 1/f     

D. T > 1/(2f)

Câu 6: Một động cơ điện xoay chiều có điện trở dây quấn là 20 Ω. Mắc động cơ vao mạng điện xoay chiều ó điện áp hiệu dụng là 220 V. Giả sử hệ số công suất của động cơ là cosφ = 0,85 không thay đổi, hao phí trong động cơ chỉ dol tỏa nhiệt. Công suất cơ cực đại mà động cơ có thể sinh ra là:

A. 437 W     

B. 242 W

C. 371 W     

D. 650 W

- Phương trình (*) có dạng phương trình bậc 2 đối với I.- Để phương trình có nghiệm thì:Chọn đáp án A

Câu 7: Khi máy phát điện ba pha hoạt động, ở thời điểm suất điện động ở một cuộn dây đạt giá trị cực đại e1 = Eo thì suất điện động ở hai đầu cuộn dây còn lại là:

- Ta có:- Khi e₁ = E₀; ωt = 2kπ , thay vào biểu thức tính e₂ và e₃ ta có kết quả:Chọn đáp án D

Câu 8: Một máy phát điện xoay chiều một pha có điện trở không đáng kể. Nối 2 cực của máy với cuộn dây thuần cảm. Khi roto quay với tốc độ n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm là I. Hỏi khi roto quay với tốc độ 3n vòng/s thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm bao nhiêu?

A. I      

B. 2I

C. 3I     

D. I/3

Câu 9: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha:

A. Stato là phần cảm, rôto là phần ứng.

B. Phần nào quay là phần ứng.

C. Stato là phần ứng, rôto là phần cảm.

D. Phần nào đứng yên là phần tạo ra từ trường.

Câu 10: Một máy phát điện xoay chiều có điện trở không đáng kể. Mạch ngoài là tụ điện nối tiếp với ampe kế có điện trở không đáng kể. 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.

- Cường độ dòng điện mạch ngoài:- Khi tốc độ quay của roto tăng lên gấp đôi thì dòng điện hiệu dụng tăng lên 4 lần: 

Câu 11: Một máy phát điện xoay chiều một pha (kiểu cảm ứng) có p cặp cực, quay đều với tốc độ n vòng/phút, với số cặp cực bằng số cuộn dây của phần ứng thì tần số của dòng điện do máy tạo ra là f Hz. Hệ thức nào sau đây đúng?

- Tần số của dòng điện do máy phát ra:Chọn đáp án D

Câu 12: Một máy phát điện xoay chiều 1 pha có rôto gồm 4 cặp cực từ, muốn tần số dòng điện xoay chiều mà máyphát 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.

- Tốc độ quay của roto:Chọn đáp án C

Câu 13: Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần cảm là rôto gồm 10 cặp cực (10 cực nam và 10 cực bắc). Rô to quay với tốc độ 300 vòng/phút. Suất điện động do máy sinh ra có tần số bằng:

A. 5 Hz.       

B. 30 Hz.

C. 300 Hz.     

D. 50 Hz.

- Tần số của suất điện động:

Câu 14: Rô to của một máy phát điện xoay chiều một pha có 4 cực từ và quay với tốc độ n vòng/phút. Hai cực phần ứng của máy mắc với một tụ điện có điện dung C = 10 µF. Điện trở trong của máy không đáng kể.

   Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của cường độ dòng điện hiệu dụng I qua tụ theo tốc độ quay của rô to khi tốc độ quay của rô to biến thiên liên tục từ n₁ = 150 vòng/phút đến n₂ = 1500 vòng/phút.

- Biết rằng với tốc độ quay 1500 vòng/phút thì suất điện động hiệu dụng giữa hai cực máy phát tương ứng là E. Giá trị E là:

A. 400 V.     

B. 100 V.

C. 200 V.     

D. 300 V.

- Ta có:

Câu 15: 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 dụng 100√2 V.Từ thông cực đại qua mỗi vòng của phần ứng là 5/π mWB. Số vòng dây trong mỗi cuộn dây là:

A. 71 vòng.      B. 200 vòng.

C. 100 vòng.      D. 400 vòng.

- Ta có:

D. 100.

- Với n = n₁ , ta có Z_C1 = R = 1 (ta chuẩn hóa R=1 )- Khi n = n₂ = 4.n₁/3 ⇒ Z_C2 = 3/4 , điện áp hiệu dụng trên tụ cực đại: - Khi n = n₃ (giả sử gấp a lần n₁ ), cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là cực đại:- Thay kết quả cuân hóa vào phương trình trên, ta được:

Chọn đáp án A

Câu 17: Một máy phát điện xoay chiều một pha sản xuất ra suất điện động có biểu thức e = 1000√ sin(100πt)V . Nếu rô to quay 600 vòng/phút thì số cặp cực là:

D. p = 8.

- Từ phương trình suất điện động ta có:- Ta có:Chọn đáp án B

Câu 18: Trong máy phát điện xoay chiều 3 pha, trên mỗi cuộn dây của stato có suất điện động cực đại là E₀. Khi suất điện động tức thời ở cuộn dây thứ nhất triệt tiêu thì suất điện động tức thời trong cuộn dây thứ hai và cuộn dây thứ 3 tương ứng là e₂ và e₃ thỏa mãn hệ thức nào sau đây:

- Biểu diễn vecto các suất điện động:→ Khi E₁ bị triệt tiêu thì: - Ta có tích số: 

Chọn đáp án D

Câu 19: Hai đầu ra của máy phát điện xoay chiều 1 pha được nối với một đoạn mạch nối tiếp gồm tụ điện và điện trở thuần. Bỏ qua điện trở thuần của các cuộn dây của máy phát.   Khi rô to quay với tốc độ 600 vòng/phút thì cường độ dòng điện trong mạch là I₁ ≈ 3,16 A .   Khi rô to quay với tốc độ 1200 vòng/phút thì cường độ dòng điện trong mạch là I₂ = 8 A.- Khi rô to quay với tốc độ 1800 vòng/phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng gần nhất với giá trị nào sau đây ?

D. 13,5 A.

- Khi roto quay với tốc độ 600 vòng/phút, suất điện động của máy phát là E, ta chuẩn hóa: R1 = 1, Z_C1 = n.- Khi roto qua với tốc độ 1200 vòng/phút:- Khi roto quay với tốc độ 1800 vòng /phút thì:Chọn đáp án A

Câu 20: Suất điện động cảm ứng do máy phát điện xoay chiều một pha tạo ra có biểu thức e = 220√2 cos(100πt + π4)V. Giá trị cực đại của suất điện động này là:

- Giá trị cực đại của suất điện động: 

Chọn đáp án A

Câu 21: Nối hai cực của máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu một cuộn dây không thuần cảm có điện trở r = 10π Ω và độ tự cảm L. Biết rôto của máy phát có một cặp cực, stato của máy phát có 20 vòng dây và điện trở thuần của cuộn dây là không đáng kể. Cường độ dòng điện trong mạch được đo bằng đồng hồ đo điện đa năng hiện số. Kết quả thực nghiệm thu được như đồ thị trên hình vẽ.- Giá trị của L là:

D. 0,35 H.

- Cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch:- Từ đồ thị ta xác định được hai cặp giá trí tương ứng của x và y:⇒ Ta có hệ:Chọn đáp án A

Câu 22: Nối hai cực của một máy phát điện xoay chiều một pha vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L = 2/π H, tụ điện có điện dung C = 10^-4/π F, điện trở R = 100 Ω. Bỏ qua điện trở thuần của các cuộn dây máy phát. Biết rô to máy phát có hai cặp cực.- Khi rô to quay đều với tốc độ n = 1500 vòng/ phút thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch là (A√2)/2.- Khi thay đổi tốc độ quay của rô to đến giá trị n₀ thì điện áp hiệu dụng trên tụ điện có giá trị cực đại là U_Cmax, giá trị của n₀ là U_Cmax lần lượt là:

D. 1500 vòng/phút; 50√2 V.

- Khi tốc độ quay của động cơ là 1500 vòng/phút thì tần số của dòng điện là:   f = pn/60 = 50Hz- Khi đó, ta tính được:   ZL = 200Ω, ZC = 100Ω và R = 100Ω- Và ta tính được tổng trở của mạch Z = 100√2 Ω- Điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khi đó là:   U = IZ = 100 V- Khi tốc độ quay của động cơ là n₀ thì điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại, tần số của dòng điện trong mạch khi đó là f₀.- Ta có:- Khi đó tốc độ quay của động cơ là:- Mặt khác, điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch khi này là:- Điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện khi này:Chọn đáp án A

Câu 23: Trong máy phát điện xoay chiều ba pha đang hoạt động ổn định, suất điện động cảm ứng cực đại trên mỗi pha là E₀ . Khi từ thông qua cuộn dây thứ nhất đạt cực đại thì suất điện động cảm ứng trên hai cuộn còn lại là e₂ và e₃ có giá trị là:

- Giả sử suất điện động trong cuộn dây thứ nhất là: e = E₀.cos (ωt) thì suất điện động trong hai cuộn dây kia là:- Khi từ thông qua cuộn dây thứ nhất đại cực đại thì tức là e = 0. (vì e sớm pha hơn từ thông một góc 90 độ) nên ta có:

Chọn đáp án B

Câu 24: Trong mạng điện 3 pha tải đối xứng, khi cường độ dòng điện qua một pha là cực đại I₀ thì dòng điện qua hai pha kia sẽ có cường độ:

Câu 25: Tại thời điểm t, suất điện động ở một cuộn dây của máy phát điện xoay chiều 3 pha là  thì suất điện động ở 2 cuộn dây còn lại có giá trị là: 

- Ta có giản đồ sau:- Từ giản đồ ta có: