Mô hình máy phát điện ở Hình 4.3 hay ở Hình 4.4 có ưu thế hơn khi phát công suất điện lớn? Phân tích một nguyên nhân để chứng minh đánh giá của bạn.
Vận dụng mô hình máy phát điện
Mô hình máy phát điện ba pha thường được ưu tiên hơn so với máy phát điện một pha khi phát công suất điện lớn. Các nguyên nhân chính để chứng minh điều này là:
+ Hiệu suất truyền tải năng lượng: Trong hệ thống ba pha, các máy phát điện và các thiết bị tiêu thụ được kết nối theo cấu trúc ba pha, trong đó mỗi pha có cùng một điện áp và chênh lệch 120 độ trong chu kỳ. Điều này cho phép dòng điện được phân phối đều trên các dây dẫn và các thiết bị, giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng hiệu suất truyền tải năng lượng.
+ Giảm kích thước và chi phí của dây dẫn: Với cùng một công suất, hệ thống ba pha có thể sử dụng dây dẫn nhỏ hơn so với hệ thống một pha để vận chuyển dòng điện, vì dòng điện trong hệ thống ba pha sẽ nhỏ hơn do được chia đều trên ba dây dẫn. Điều này giảm chi phí và kích thước của hệ thống dây dẫn.
+ Khả năng hoạt động ổn định hơn: Hệ thống ba pha cung cấp khả năng hoạt động ổn định hơn trong việc chuyển đổi và phân phối năng lượng. Các biến đổi của dòng điện ở mỗi pha là tuần hoàn và tương phản, giúp làm giảm những hiện tượng nhiễu và đảm bảo ổn định trong hệ thống điện.
Như vậy, mặc dù cài đặt ban đầu và chi phí ban đầu có thể cao hơn, hệ thống máy phát điện ba pha thường mang lại hiệu suất và hiệu quả cao hơn khi phát công suất điện lớn so với máy phát điện một pha.
Các bài tập cùng chuyên đề
Dòng điện xoay chiều được sử dụng rất phổ biến trong đời sống. Dòng điện xoay chiều được tạo ra bằng cách nào?
1. Khung dây dẫn trong Hình 17.2 ở vị trí nào thì suất điện động có giá trị cực đại?
Giải thích.
2. Giả sử tại thời điểm t, từ thông qua khung dây dẫn phẳng MNPQ là:
Ф = BScosα = BScosωt
Hãy chứng tỏ, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây này có dạng:
e = BSωcos(ωt + φ0) (V)
Dựa trên nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều, hãy thực hiện các nhiệm vụ sau:
1. Làm thế nào để dẫn dòng điện ra mạch ngoài khi khung dây dẫn quay đều trong từ trường (Hình 17.2)?
2. Thảo luận về:
- nguyên tắc tạo ra suất điện động xoay chiêu.
- các yếu tố cần để tạo ra dòng điện xoay chiều.
- thiết kế phương án tạo ra dòng điện xoay chiều.
Dựa vào đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện xoay chiều theo thời gian như
Hình 17.3, hãy thực hiện các yêu cầu sau:
- Xác định chu kì T (s) và tần số f (Hz) của dòng điện xoay chiều.
- Xác định giá trị cực đại, giá trị hiệu dụng và pha ban đầu của cường độ dòng điện xoay chiều.
- Viết biểu thức cường độ dòng điện theo thời gian.
1. Hãy viết biểu thức suất điện động của máy phát điện xoay chiều trong trường hợp khung dây có N vòng dây, quay với tốc độ góc ω trong từ trường đều có cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) (\(\overrightarrow B \) vuông góc với trục quay của khung).
2. Vì sao cần sử dụng vành khuyên và chổi quét để dẫn điện ra mạch ngoài đối với các máy phát điện xoay chiều hoạt động theo cách thứ nhất?
Theo em, để giảm hao phí điện năng trong quá trình truyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ, cần tối thiểu bao nhiêu máy biến áp?
Đồ thị Hình 17.1 biểu diễn từ thông và suất điện động xoay chiều trong khung dây của một máy phát điện xoay chiều được mô tả như hình dưới đây.
Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về biểu thức của từ thông và suất điện động xoay chiều?
Một khung dây dẫn phẳng có N vòng, diện tích mỗi vòng là S, có thể quay đều với tần số góc ω quanh trục ∆ như Hình 17.2. Biết tại thời điểm t = 0 thì góc α = 0 và khung dây được nối với điện trở R thành mạch điện kín.
Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở?
Quan sát mô hình máy phát điện xoay chiều được mô tả như Hình 17.3. Biết khung dây ABCD quay theo chiều MPNQ trong từ trường đều.
Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về dòng điện xoay chiều chạy trong khung dây?
Quan sát mô hình máy phát điện xoay chiều được mô tả như Hình 17.3. Biết khung dây ABCD quay theo chiều MPNQ trong từ trường đều.
Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây? Biết suất điện động có giá trị cực đại ở vị trí của khung dây hiện tại.
Một khung dây dẫn phẳng, có 100 vòng dây, quay trong từ trường đều, sao cho trục quay của nó luôn vuông góc với đường sức từ, với tốc độ 180 vòng/phút. Xác định suất điện động cực đại ở hai đầu khung biết từ thông cực đại gửi qua một vòng dây có giá trị 0,01 Wb.
Xác định khoảng thời gian liên tiếp giữa hai lần cường độ dòng điện xoay chiều trong gia đình Việt Nam bằng 0.
Một dòng điện xoay chiều có cường độ được biểu diễn như Hình 17.3. Xác định khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần cường độ dòng điện có giá trị bằng cường độ hiệu dụng của nó.
Vận dụng kiến thức về hiệu điện thế tức thời
Dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch chỉ có điện trở thuần 10 Ω, có giá trị cực đại \(0,1\sqrt 2 \), công suất toả nhiệt của đoạn mạch là
A. 0,1 W.
B. 1,0 W.
C. 0,5 W.
D. 2 W.
Một máy phát điện xoay chiều có rôto là nam châm vĩnh cửu quay với tần số f (vòng/s) tạo ra trong cuộn dây trên stato một dòng điện hình sin. Mắc hai đầu cuộn dây với vôn kế để khảo sát suất điện động trong cuộn dây theo tần số quay của rôto. Kết quả được biểu diễn bằng đồ thị có trục tung là suất điện động E (V), trục hoành là tần số quay của rôto theo đơn vị vòng/s (Hình 17.5). Biết khi rôto không quay thì suất điện động hai đầu cuộn dây bằng 0, sai số của suất điện động là ∆E = ±0,005 V. Biểu thức nào sau đây biểu diễn mối liên hệ của suất điện động cực đại theo tần số quay của rôto?
A. \({E_0} = 3,90 \cdot {10^{ - 5}}{\rm{f}} \pm 0,005\left( {\;{\rm{V}}} \right).\)
B. \({E_0} = 4,24 \cdot {10^{ - 3}}{\rm{f}} \pm 0,005(V)\)
C. \({E_0} = 3,01 \cdot {10^{ - 3}}{\rm{f}} \pm 0,005\left( {\;{\rm{V}}} \right).\)
D. \({E_0} = 3,01 \cdot {10^{ - 3}} \pm 0,005\left( V \right).\)
Trong máy phát điện xoay chiều có thể thay đổi số vòng dây trên stato. Khi rôto là nam châm vĩnh cửu quay làm máy hoạt động tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin trong cuộn dây. Suất điện động E (V) đo được ở hai đầu cuộn dây theo số vòng dây N của nó có đồ thị như Hình 17.6.
Biểu thức nào sau đây mô tả gần đúng mối liên hệ giữa suất điện động E của cuộn dây với số vòng dây N (vòng) của nó?
A. E (mV) = 53N.
B. E (V) = 0,466N.
C. E (mV) = 0,32N.
D. E (V) = 0,112N.
Máy phát điện xoay chiều có stato là nam châm điện có thể thay đổi được cường độ dòng điện qua nam châm. Rôto là cuộn dây có số vòng và tiết diện không thay đổi. Khi rôto quay ổn định, thay đổi cường độ dòng điện qua nam châm điện, dùng tesla kế đo cảm ứng từ B (mT) qua cuộn dây và dùng vôn kế đo suất điện động E (V) ở hai đầu cuộn dây. Kết quả được biểu diễn bởi đồ thị Hình 17.7.
Chấp nhận sai số dưới 10% thì biểu thức nào sau đây mô tả mối liên hệ giữa suất điện động E (mV) giữa hai đầu cuộn dây và cảm ứng từ B (mT)?
A. E = 110B.
B. E = 0,7B.
C. E = 0,09B.
D. E = 240B.
Một đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần với giá trị 200 Ω. Đặt hiệu điện thế \(u = 100\sqrt 2 \cos 100\pi t\left( V \right)\) vào hai đầu đoạn mạch trên thì
A. dòng điện chạy trong mạch có giá trị hiệu dụng bằng \(\sqrt 2 \)A.
B. dòng điện chạy trong mạch có tần số 100 Hz.
C. công suất toả nhiệt trên điện trở bằng 200 W.
D. dòng điện chạy trong mạch có giá trị hiệu dụng bằng 0,5 A.
Phát biểu nào sau đây là không nằm trong quy tắc an toàn khi sử dụng dòng điện xoay chiều?
A. Tránh xa khu vực có điện thế cao như trạm điện, cột điện cao áp.
B. Ngắt các thiết bị điện không cần thiết trong gia đình khi có sấm, sét ngoài trời.
C. Luôn mua các thiết bị điện có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
D. Lắp thiết bị đóng, ngắt điện ở vị trí dễ tiếp cận trong gia đình.
Nhận định nào sau đây là đúng khi nói về dòng điện xoay chiều?
A. Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhờ được sản xuất ở các nhà máy có công suất lớn.
B. Dòng điện xoay chiều có điện áp lớn nên được sử dụng rộng rãi.
C. Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhờ ưu thế dễ truyền tải đi xa nhờ máy biến áp.
D. Dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhờ có nhiều tác dụng hơn dòng điện một chiều.
Máy biến thế có số vòng cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng cuộn thứ cấp thì có thể
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:
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:
Một máy phát điện xoay chiều tạo nên suất điện động e = \(220\sqrt 2 \)cos100πt (V). Tốc độ quay của roto là 1500 vòng/ phút. Số cặp cực của roto là:
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:
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:
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:
Khi máy phát điện ba pha hoạt động, ở thời điểm suất điện động ở một cuộn dây đạt giá trị cực đại e1 = E0 thì suất điện động ở hai đầu cuộn dây còn lại là:
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?
