Lý 12 Bài 18: Động cơ không đồng bộ ba pha

- Khái niệm động cơ điện xoay chiều: Động cơ điện xoay chiều là thiết bị biến điện năng thành cơ năng

- Nguyên tắc hoạt động của động cơ 3 pha: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ bằng cách sử dụng từ trường quay

- Quay đều một nam châm hình chử U với tốc độ góc ω thì từ trường giữa hai nhánh của nam châm cũng quay với tốc độ góc ω.

- Đặt trong từ trường quay với tốc độ góc ω một khung dây dẫn kín có thể quay quanh một trục trùng với trục quay của từ trường thì khung dây quay với tốc độ góc ω’ < ω. Ta nói khung dây quay không đồng bộ với từ trường

- Giải thích: 

• Từ trường quay làm từ thông qua khung dây biến thiên, trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Cũng chính từ trường quay này tác dụng lên dòng điện trong khung dây một mômen lực làm khung dây quay. Theo định luật Len-xơ, khung dây quay theo chiều quay của từ trường để giảm tốc độ biến thiên của từ thông.

• Tốc độ góc của khung dây luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường vì nếu tốc độ góc của khung dây bằng tốc độ góc của từ trường thì từ thông qua khung dây không biến thiên nữa, dòng điện cảm ứng không còn, momen lực từ bằng 0, momen cản làm khung dây quay chậm lại. Lúc đó lại có dòng cảm ứng và có momen lực từ. Khung dây sẽ quay đều khi momen lực từ và momen cản cân bằng nhau.

→ Động cơ họat động theo nguyên tắc trên gọi là động cơ không đồng bộ.

a. Định nghĩa: 

Động cơ điện xoay chiều (động cơ không đồng bộ ba pha) là thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trường quay.

b. Cấu tạo: 

• Stato : gồm 3 cuộn dây giống nhau , đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn

• Rôto: hình trụ , có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép (roto lồng sóc)

c. Nguyên tắc hoạt động: 

• Tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng điện xoay chiều 3 pha đi vào trong stato gồm 3 cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau 1200 trên một giá tròn thì trong không gian giữa 3 cuộn dây sẽ có một từ trường quay với tần số góc bằng tần số góc ω của dòng điện xoay chiều.

• Đặt trong từ trường quay một rôto lồng sóc (có tác dụng như một khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay) có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường.

• Rôto lòng sóc quay do tác dụng của từ trường quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của từ trường. Chuyển động quay của rôto được sử dụng để làm quay các máy khác.

d. Hiệu suất động cơ: 

- Công thức: \(H = \frac{P - P_{tn}}{P} = 1 - \frac{P_{tn}}{P}\)

• Với \(P = UI\cos \varphi\): công suất cung cấp cho động cơ

\(P_{tn} = rI^2 = r\frac{P^2}{U^2 \cos ^2 \varphi }\) (Pcơ = P - Ptn)

Câu 1: 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\(\sqrt 2 \) 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.

Hướng dẫn giải

Ta có: \({E_o} = N2\pi f{\phi _0} \)

\( \Rightarrow \,n = \frac{{E\sqrt 2 }}{{2\pi f{\phi _0}}} = 400 \) vòng

⇒ Chọn đáp án D

Hướng dẫn giải

Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha:

Động cơ không đồng bộ ba pha có hai bộ phận chính là roto và stato.

Stato : gồm 3 cuộn dây giống nhau , đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn

Rôto: hình trụ , có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép (roto lồng sóc)

Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha:

Tạo ra từ trường quay bằng cách cho dòng điện xoay chiều 3 pha đi vào trong stato gồm 3 cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau \(120^{o}\) trên một giá tròn thì trong không gian giữa 3 cuộn dây sẽ có một từ trường quay với tần số góc bằng tần số góc ω của dòng điện xoay chiều.

Đặt trong từ trường quay một rôto lồng sóc (có tác dụng như một khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay) có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường.

Rôto lòng sóc quay do tác dụng của từ trường quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của từ trường. Chuyển động quay của rôto được sử dụng để làm quay các máy khác.

Câu 1: 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?

Câu 2: 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 bao nhiêu?

Câu 3: 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 bao nhiêu?

Câu 4: Tại thời điểm t, suất điện động ở một cuộn dây của máy phát điện xoay chiều 3 pha là \({e_1} = {E_o}\frac{{\sqrt 3 }}{2} \) thì suất điện động ở 2 cuộn dây còn lại có giá trị là bao nhiêu?

Câu 1: 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 2: 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?

A. 12,5 A.      B. 10,5 A.

C. 11,5 A.      D. 13,5 A.

Câu 3: 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:

A. bằng I₀/3, ngược chiều với dòng trên.

B. bằng I₀/2, cùng chiều với dòng trên.

C. bằng I₀/3, cùng chiều với dòng trên.

D. bằng I₀/2, ngược chiều với dòng trên.

Câu 4: 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 100 Hz và giá trị hiệu dụng 100\(\sqrt 2 \) V.Từ thông cực đại qua mỗi vòng của phần ứng là 10/π mWB. Số vòng dây trong mỗi cuộn dây là:

A. 71 vòng.      B. 200 vòng.

C. 100 vòng.      D. Đáp án khác.

Đây là một dạng bài tập quan trọng về Động cơ điện xoay chiều, và cũng là dạng bài tập cuối cùng của chương Dòng điện xoay chiều, vì vậy, sau khi học xong bài này, các em cần phải nắm được:

• Nắm được nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ

• Nắm được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha.

• Hiểu được các dạng bài tập về Động cơ điện xoay chiều theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…