Máy phát điện xoay chiều

Cần nhớ

• ✦Khung N vòng, diện tích S quay đều với tốc độ góc ω quanh trục vuông góc với đường sức của từ trường đều $\vec{B}$. Góc α giữa pháp tuyến và $\vec{B}$ tăng đều: α = ωt + α₀.
• ✦Từ thông qua khung: Φ = NBS cos(ωt + α₀) — biến thiên điều hoà (bài 16).
• ✦Theo Faraday, e = −ΔΦ/Δt (tốc độ biến thiên tức thời) ⇒ e = NBSω sin(ωt + α₀) = E₀cos(ωt + φ) với E₀ = NBSω và φ = α₀ − 90°.
• ✦Chọn t = 0 lúc mặt khung song song $\vec{B}$ (α₀ = 90°) thì φ = 0: e = E₀cos ωt. Chọn t = 0 lúc mặt khung vuông góc $\vec{B}$ (α₀ = 0) thì φ = −π/2: e = E₀sin ωt.
• ✦Quay nhanh gấp đôi (ω gấp đôi) thì E₀ gấp đôi và tần số f gấp đôi: cùng độ biến thiên từ thông nhưng mất nửa thời gian, và mỗi giây quay được gấp đôi số vòng.

Cần nhớ

• ✦Suất điện động, điện áp, dòng điện xoay chiều đều biến thiên điều hoà: e = E₀cos(ωt + φ), u = U₀cos(ωt + φᵤ), i = I₀cos(ωt + φᵢ).
• ✦E₀, U₀, I₀ là giá trị cực đại (biên độ); ωt + φ là pha ở thời điểm t; φ là pha ban đầu (lúc t = 0).
• ✦ω = 2πf = 2π/T (rad/s). Điện lưới Việt Nam: f = 50 Hz ⇒ ω = 100π rad/s, T = 0,02 s.
• ✦Mỗi chu kì dòng điện đổi chiều 2 lần ⇒ mỗi giây đổi chiều 2f lần (lưới 50 Hz: 100 lần/s).
• ✦Mạch chỉ có điện trở R: i = u/R, cùng pha với u, I₀ = U₀/R.

Cần nhớ

• ✦Cường độ hiệu dụng I của dòng xoay chiều là cường độ của dòng điện không đổi mà khi chạy qua cùng điện trở R trong cùng thời gian thì toả ra cùng nhiệt lượng.
• ✦Với dòng điện hình sin: I = I₀/√2, U = U₀/√2, E = E₀/√2 (≈ 0,707 giá trị cực đại). Hiệu dụng luôn nhỏ hơn cực đại.
• ✦Vôn kế, ampe kế xoay chiều và số ghi trên thiết bị (220 V, 2 A…) đều là giá trị hiệu dụng. Ổ điện 220 V có U₀ = 220√2 ≈ 311 V.
• ✦Công suất toả nhiệt trung bình trên R: P = I²R = U²/R, dùng giá trị hiệu dụng.

Cần nhớ

• ✦Hai bộ phận chính: phần cảm (nam châm, tạo từ trường) và phần ứng (cuộn dây, nơi sinh ra suất điện động cảm ứng). Bộ phận quay là rôto, bộ phận đứng yên là stato.
• ✦Kiểu mô hình: rôto là khung dây quay trong từ trường của nam châm đứng yên; dòng điện lấy ra ngoài qua hai vành khuyên và hai chổi quét.
• ✦Kiểu máy công suất lớn: rôto là nam châm (thường là nam châm điện), quay trong các cuộn dây đứng yên của stato; dòng điện lớn lấy thẳng từ stato, không qua vành góp.
• ✦Tần số của dòng điện: f = np, n là số vòng quay mỗi giây, p là số cặp cực của rôto (mỗi cặp gồm một cực Bắc và một cực Nam; số cực = 2p).
• ✦Chạy bằng tua bin hơi, tua bin nước, động cơ nổ hay cánh quạt gió — máy phát chỉ biến cơ năng làm quay rôto thành điện năng.

• ✦🌊 Thuỷ điện: tua bin nước quay chậm (cỡ vài chục đến vài trăm vòng/phút) nên rôto có rất nhiều cặp cực để vẫn cho đúng 50 Hz.
• ✦🔥 Nhiệt điện: tua bin hơi quay rất nhanh, 3000 vòng/phút = 50 vòng/s, rôto chỉ cần 1 cặp cực (2 cực) là đủ 50 Hz.
• ✦🚲 Đinamô xe đạp: bánh xe làm nam châm quay, đạp nhanh thì đèn sáng hơn vì E₀ = NBSω tăng theo ω.
• ✦🔌 Ổ điện trong nhà: 220 V là hiệu dụng, đỉnh thật là 311 V; dòng đổi chiều 100 lần mỗi giây nhanh đến mức mắt không thấy đèn nhấp nháy.
• ✦⛽ Máy phát dự phòng chạy dầu: động cơ phải giữ đúng tốc độ quay thì điện mới đúng 50 Hz (f = np).

📏 Kiểm tra đơn vị và độ lớn

• ✦ω (rad/s) = 2π·n (n tính vòng/giây); f (Hz) = n·p. 1 cm² = 10⁻⁴ m².
• ✦U = U₀/√2 ≈ 0,71·U₀; U₀ ≈ 1,41·U. Ổ điện: 220 V ↔ 311 V.
• ✦Máy phát mô hình trong lớp cho E₀ cỡ vài vôn; điện lưới là hàng trăm vôn — thấy E₀ hàng nghìn vôn từ khung nhỏ là sai đơn vị (thường quên đổi cm²).
• ✦Công suất toả nhiệt dùng hiệu dụng: P = U²/R. Dùng U₀ sẽ ra gấp đôi.