Máy phát điện xoay chiều

17/09/2016 04:25 CH | 3524

I. Máy phát điện xoay chiều một pha

1. Nguyên tắc:

Nguyên tắc của máy phát điện xoay chiều 1 pha đã được xét trong phần " I. Cách tạo ra dòng điện xoay chiểu" ở bài học trước.

2. Cấu tạo

Máy phát điện xoay chiều gồm 2 bộ phận chính là phần cảm và phần ứng.

  • Phần cảm là bộ phận tạo ra từ trường (là nam châm)
  • Phần ứng là bộ phận tạo ra suất điện động cảm ứng (là khung dây hoặc các cuộn dây).

Người ta có thể bố trí cho phần cảm quay, phần ứng đứng yên hoặc ngược lại.

  • Phần đứng yên được gọi là stato.
  • Phần quay được gọi là rôto.

a) Với máy phát điện xoay chiều một pha công suất nhỏ:

  • Phần cảm là stato (nam châm đứng yên).
  • Phần ứng là rôto (khung dây quay).

Do khung dây là bộ phận cung cấp dòng điện ra bên ngoài nhưng nó lại quay nên người ta phải dùng thêmbộ góp (Xem lại " I. Cách tạo ra dòng điện xoay chiểu")

b) Với máy phát điện xoay chiều một pha công suất lớn
Dòng điện do máy phát ra rất lớn nên không thể dùng bộ góp để lấy điện ra bên ngoài nên người ta phải bố trí cho khung dây đứng yên, nam châm (thường là nam châm điện có khả năng tạo ra từ trường rất mạnh).quay.
Như vậy, đối với máy phát điện xoay chiều 1 pha công suất lớn người ta bố trí cho

  • Phần cảm là rôto.
  • Phần ứng là stato.

Để làm giảm vận tốc quay của rôto trong khi vẫn giữ nguyên tần số f của dòng điện do máy phát ra người ta chế tạo máy với p cặp cực nam châm (đặt xen kẻ nhau trên vành tròn của rôto) và p cặp cuộn dây (đặt xen kẻ nhau trên vành tròn của stato).

Ở hình bên trái ta thấy rôto (phần bên trong) gồm có 6 cặp cực nam châm (tổng cộng 12 cực: 6 cực Bắc, 6 cực Nam)  sắp xếp xen kẻ nhau trên vành tròn của rôto, chúng là các nam châm điện. Ở bên ngoài ta thấy có tổng cộng 12 cuộn dây trên stato, chúng tạo thành 6 cặp cuộn dây. Các cuộn dây này được nối với nhau theo cách phù hợp.

Ở hình bên phải là hình chụp một rô to. Ta thấy mỗi cực nam châm là một nam châm điện.

Trong trường hợp này, tần số của dòng điện do máy phát ra là f = np trong đó n là số vòng quay trong 1 giây của rôto.
Nếu n là số vòng quay trong 1 phút của rôto thì   

II. Máy phát điện xoay chiều ba pha

1. Dòng điện xoay chiều ba pha là một hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều một pha cùng biên độ Io cùng tần số f (tức là cùng tần số góc  ) nhưng lệch pha nhau 120o (tức là    radian).

2. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha (Máy phát điện xoay chiều ba pha)

Người ta bố trí cho ba cuộn dây giống hệt nhau đặt lệch nhau 120o trên vành tròn của stato. Khi nam châm quay thì từ thông cực đại qua mỗi cuộn dây sẽ hơn kém nhau về thời gian bằng 1/3 chu kỳ, tức là lệch pha nhau góc  .Nối hai đầu mỗi cuộn dây với một tải bên ngoài (các tải này giống hệt nhau) thì trong các tải có dòng điện xoay chiều ba pha.

3. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều ba pha:

  • Phần cảm là nam châm điện quay (Phần cảm là rôto)
  • Phần ứng gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau đặt lệch nhau 120o trên vành tròn của stato.

4. Biểu thức của dòng điện xoay chiều ba pha

Ta hãy gọi cường độ  tức thời của dòng điện chạy trong tải thứ nhất là i1, của dòng điện trong tải thứ hai là i2 và trong tải thứ ba là i3. Chọn gốc thời gian thích hợp ta có biểu thức của các dòng điện này như sau:

Đồ thị của các dòng điện này (vẽ trên cùng một hệ trục) như sau

Đồ thị này cho thấy: 

  • Lúc mà một dòng điện đạt giá trị cực đại (bằng +Io) thì hai dòng điện kia đều có giá trị âm và cùng có độ lớn bằng nửa cực đại ( bằng -Io/2).
  • Lúc mà một dòng điện đạt giá trị cực tiểu (bằng -Io) thì hai dòng điện kia đều có giá trị dương và cùng có độ lớn bằng nửa cực đại ( bằng +Io/2).

5. Cách mắc điện ba pha (Phần đọc thêm)

a) Cách mắc hình sao:

Trong cách mắc này ta thấy:

  • Cần có 4 dây khi tải điện: Ba dây pha và một dây trung hòa.
  • Nếu các tải hoàn toàn giống nhau thì cường độ dòng điện trên dây trung hòa bằng 0 (triệt tiêu).
  • Nếu gọi Ud là điện áp giữa hai dây pha; Up là điện áp giữa một dây pha với dây trung hòa thì 
  • Nếu tải tiêu thụ được mắc hình sao thì điện áp hiệu dụng đặt vào mỗi tải là Up.

b) Cách mắc hình tam giác

Trong cách mắc này ta thấy:

  • Cần có 3 dây pha khi tải điện, không có dây trung hòa.
  • Điện áp hiệu dụng đặt vào mỗi tải là điện áp Ud.