Câu hỏi
Một máy phát điện xoay chiều một pha có ro to là một nam châm điện có một cặp cực, quay đều với tốc độ n (vòng/phút). Một đoạn mạch RLC nối tiếp được mắc vào hai cực của máy. Khi roto quay với tốc độ n1= 30 vòng/phút thì dung kháng của tụ điện bằng R; khi roto quay với tốc độ n2 = 40 vòng/phút thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại. Bỏ qua điện trở thuần ở các cuộn dây phần ứng. Để cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch đạt giá trị cực đại thì roto phải quay với tốc độ bằng
- A 24 vòng/phút
- B 34 vòng/phút
- C 120 vòng/phút
- D 50 vòng/phút
Phương pháp giải:
Phương pháp:
Suất điện động của nguồn điện: \(E = \sqrt 2 \omega N{\varphi _0} = \sqrt 2 .2\pi fN{\varphi _0}\)
Với f = np, trong đó n là tốc độ quay của roto, p là số cặp cực từ.
Cảm kháng ZL= ωL
Dung kháng ZC = (ωC)-1
Định luật Ôm cho đoạn mạch: I = U/Z
Lời giải chi tiết:
Cách giải:
Suất điện động của nguồn điện: \(E = \sqrt 2 \omega N{\varphi _0} = \sqrt 2 .2\pi fN{\varphi _0}\)
Với f = np, trong đó n là tốc độ quay của roto, p là số cặp cực từ.
Do r = 0 nên điện áp hiệu dụng đặt vào hai đầu mạch U = E = kω
+ Khi n = n1 thì \(R = {Z_{C1}} = \frac{1}{{{\omega _1}C}}\) (1)
+ Khi n = n2
\({U_{C2}} = I{Z_{C2}} = \frac{{k{\omega _2}.\frac{1}{{{\omega _2}C}}}}{{\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - \frac{1}{{{\omega _2}C}})}^2}} }}\)
=> UC2 =UC2 max khi \({Z_{L2}}\; = {Z_{C2}}\; = > \omega _2^2 = \frac{1}{{LC}}(2)\)
+ Khi n = n3 thì \(I = \frac{{k{\omega _3}}}{{\sqrt {{R^2} + {{({Z_L} - {Z_{C3}})}^2}} }} = \frac{{k{\omega _3}}}{{\sqrt {{R^2} + {{({\omega _3}L - \frac{1}{{{\omega _3}C}})}^2}} }} = \frac{k}{{\sqrt Y }}\)
Với \(Y = \frac{{{R^2} + \omega _3^2{L^2} - 2\frac{L}{C} + \frac{1}{{\omega _3^2{C^2}}}}}{{\omega _3^2}} = \frac{1}{{{C^2}}}.\frac{1}{{\omega _3^4}} + ({R^2} - 2\frac{L}{C})\frac{1}{{\omega _3^2}} + {L^2}\)
Đặt X = 1/ω32 => \(Y = \frac{1}{{{C^2}}}{X^2} + ({R^2} - \frac{{2L}}{C})X + {L^2}\)
\({I_{max}}\) khi
\( \Rightarrow \frac{1}{{\omega _3^2}} = \frac{1}{{\omega _2^2}} - \frac{1}{{2\omega _1^2}} \Rightarrow \frac{1}{{n_3^2}} = \frac{1}{{n_2^2}} - \frac{1}{{2n_1^2}} \Rightarrow {n_3} = \frac{{\sqrt 2 {n_1}{n_2}}}{{\sqrt {2n_1^2 - n_2^2} }} = 120\) vòng/phút
Chọn C