Menu

Nhà phân phối chính thức máy phát điện HYUNDAI tại Việt Nam

korea vietnam

máy phát điện xoay chiều là gì

Máy phát điện xoay chiều là gì

Một máy phát điện, hoặc dynamo, là một thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Máy tạo thực tế đơn giản nhất bao gồm một cuộn hình chữ nhật xoay trong một từ trường thống nhất. Từ trường thường được cung cấp bởi nam châm vĩnh cửu. Thiết lập này được minh họa trong Hình  38 .

Hình 38: Máy phát điện xoay chiều.
\ begin {figure} \ epsfysize = 3in \ centerline {\ epsffile {gen.eps}} \ end {figure}

Hãy để $ l $là chiều dài của cuộn dọc theo trục quay của nó, và $ w $chiều rộng của cuộn dây vuông góc với trục này. Giả sử rằng các cuộn quay với vận tốc góc liên tục $ \ omega $trong một trường từ đồng đều sức mạnh $ B $. Vận tốc $ v $mà hai mặt dài của cuộn dây ( tức là cáccạnh $ ab $và $ cd $) di chuyển qua từ trường chỉ đơn giản là sản phẩm của vận tốc góc xoay $ \ omega $và khoảng cách $ w / 2 đô lacủa mỗi cạnh từ trục xoay . Các emf motional induced ở mỗi bên được đưa ra bởi , nơi $ v = \ omega \, w / 2 $ $ {\ cal E} = B_ \ perp \, l \, v $$ B_ \ perp $là thành phần của từ trường vuông góc với hướng chuyển động tức thời của phía bên trong câu hỏi. Nếu hướng của từ trường nghiêng một góc $ \ tta $với hướng bình thường đến cuộn dây, như thể hiện trong hình, sau đó . Vì vậy, tầm quan trọng của emf kiến nghị được tạo ra trong hai bên và là$ B_ \ perp = B \, \ sin \ theta $$ ab $$ cd $ 

\ begin {displaymath} {\ cal E} _ {ab} = \ frac {B \, w \, l \, \ omega \, \ sin \ theta} {2} = \ frac {B \, A \, \ omega \, \ sin \ theta} {2}, \ end {displaymath}(209)

nơi $ A = w \, l $là khu vực của cuộn dây. Emf bằng không khi hay , kể từ khi hướng chuyển động của hai bên và là song song với hướng của từ trường trong các trường hợp này. Emf đạt giá trị cực đại khi hay , kể từ khi hướng chuyển động của hai bên và là vuông góc với hướng của từ trường trong các trường hợp này. Ngẫu nhiên, rõ ràng, từ tính đối xứng, không có emf động cơ thuần được tạo ra ở hai bên và của cuộn dây. $ \ theta = 0 ^ \ circ $$ 180 ^ \ circ $$ ab $$ cd $ $ \ theta = 90 ^ \ circ $$ 270 ^ \ circ $$ ab $$ cd $$ bc $$ da $

Giả sử hướng quay của cuộn dây sao cho cạnh $ ab $đang di chuyển vào trang ở hình  38 (phía bên), trong khi bên $ cd $đang di chuyển ra khỏi trang. Các motional emf gây ra ở bên $ ab $hành vi từ $ a $đến $ b $. Tương tự, emf kiến nghị gây ra ở bên $ cd $hành vi từ $ c $đến $ d $. Có thể thấy rằng cả hai emfs hành động theo chiều kim đồng hồ quanh cuộn dây. Như vậy, các emf net $ {\ cal E} $hoạt động quanh cuộn dây là . Nếu cuộn dây có lượt thì emf net trở thành . Do đó, biểu thức tổng quát cho emf tạo ra quanh một cuộn dây nhiều vòng xoay, đều trong một từ trường thống nhất là $ 2 \, {\ cal E} _ {ab} $$ N $ $ 2 \, N \, {\ cal E} _ {ab} $ 

\ begin {displaymath} {\ cal E} = N \, B \, A \, \ omega \, \ sin (\ omega \, t), \ end {displaymath}(210)

nơi mà chúng tôi đã viết cho một cuộn dây luân phiên đều đặn (giả sử rằng tại ). Biểu thức này cũng có thể được viết $ \ theta = \ omega \, t $$ \ theta = 0 $$ t = 0 $ 

\ begin {displaymath} {\ cal E} = {\ cal E} _ {\ rm max} \, \ sin (2 \ pi \, f \, t), \ end {displaymath}(211)

Ở đâu 

\ begin {displaymath} {\ cal E} _ {\ rm max} = 2 \ pi \, N \, B \, A \, f \ end {displaymath}(212)

là emf đỉnh do máy phát điện sản xuất, và $ f = \ omega / 2 \ pi $là số vòng quay hoàn chỉnh mà cuộn dây thực hiện mỗi giây. Do đó, đỉnh emf tỉ lệ thuận với diện tích của cuộn dây, số vòng quay của cuộn dây, tần số quay của cuộn dây, và cường độ từ trường.

Hình  39 cho thấy emf được xác định trong Eq. ( 211 ) miêu tả như là một chức năng của thời gian. Có thể thấy rằng sự biến thiên của emf với thời gian là sinusoidal trong tự nhiên. Các emf đạt được các giá trị đỉnh của nó khi mặt phẳng của cuộn dây song song với mặt phẳng của từ trường, đi qua số không khi mặt phẳng của cuộn dây vuông góc với từ trường, và đảo ngược dấu hiệu mỗi nửa thời kỳ của cuộn dây. Các emf là định kỳ ( tức là , nó liên tục lặp đi lặp lại cùng một khuôn mẫu trong thời gian), với khoảng thời gian $ T = 1 / f $(đó là, tất nhiên, thời gian quay của cuộn dây).

Hình 39: Emf tạo ra bởi một máy phát điện xoay chiều đều đặn.
\ begin {figure} \ epsfysize = 2.5in \ centerline {\ epsffile {sin.eps}} \ end {figure}

Giả sử rằng một số tải ( ví dụ , một bóng đèn, hoặc một bộ phận làm nóng điện) của điện trở $ R $được nối qua các đầu của máy phát. Trong thực tế, điều này đạt được bằng cách kết nối hai đầu của cuộn dây với vòng quay mà sau đó được kết nối với mạch bên ngoài bằng các bàn chải kim loại. Theo luật của Ohm, dòng điện $ I $chạy trong tải được cho bởi 

\ begin {displaymath} I = \ frac {\ cal E} {R} = \ frac {{\ cal E} _ {\ rm max}} {R} \, \ sin (2 \ pi \, f \, t ). \ end {displaymath}(213)

Lưu ý rằng hiện nay là liên tục thay đổi hướng, giống như emf của máy phát điện. Do đó, loại máy phát điện được mô tả ở trên thường được gọi là dòng xoay chiều , hoặc $ AC $, máy phát điện.

Dòng điện $ I $chạy qua tải cũng phải chảy quanh cuộn dây. Vì cuộn dây nằm trong từ trường nên dòng điện này sẽ tạo ra mô men xoắn trên cuộn dây mà nó dễ dàng chứng minh làm giảm tốc độ quay của nó. Theo Sect. 8.11 , mômen hãm $ \ tau $tác động lên cuộn dây được cho bởi 

\ begin {displaymath} \ tau = N \, I \, B_ \ song song \, A, \ end {displaymath}(214)

đâu là thành phần của từ trường nằm trong mặt phẳng của cuộn dây. Nó xuất phát từ Eq. ( 210 ) rằng $ B_ \ parallel = B \, \ sin \ theta $ 

\ begin {displaymath} \ tau = \ frac {{\ cal E} \, I} {\ omega}, \ end {displaymath}(215)

kể từ đó . Mômen xoắn bên ngoài bằng nhau và ngược lại với mô men xoắn phải được áp dụng cho cuộn dây nếu nó quay tròn một lần như giả định ở trên. Tốc độ mô men xoắn bên ngoài hoạt động tương đương với sản phẩm của mô men xoắn và vận tốc góc của cuộn dây. Vì vậy, $ {\ cal E} = N \, B_ \ song song \, A \, \ omega $$ P $$ \ tau $$ \ omega $ 

\ begin {displaymath} P = \ tau \, \ omega = {\ cal E} \, I. \ end {displaymath}(216)

Không đáng ngạc nhiên, tốc độ mômen bên ngoài hoạt động chính xác phù hợp với tốc độ $ {\ cal E} \, I $mà năng lượng điện được tạo ra trong mạch bao gồm cuộn dây quay và tải.

Các công thức ( 210 ), ( 213 ), và ( 215 ) năng suất 

\ begin {displaymath} \ tau = \ tau _ {\ rm max} \, \ sin ^ 2 (2 \ pi \, f \, t), \ end {displaymath}(217)

ở đâu . Hình  40 cho thấy mômen phá vỡ được vẽ theo một thời gian , theo Eq. ( 217 ). Có thể thấy rằng mô men xoắn luôn có cùng một dấu hiệu ( tức là nó luôn hành động theo cùng một hướng, để liên tục chống lại vòng quay của cuộn dây), nhưng không liên tục trong thời gian. Thay vào đó, nó pulsates định kỳ với giai đoạn . Moment phá vỡ đạt được giá trị cực đại của nó bất cứ khi nào mặt phẳng của cuộn dây song song với mặt phẳng của từ trường, và bằng không bất cứ khi nào mặt phẳng của cuộn dây vuông góc với từ trường. Rõ ràng là mô men xoắn ngoài cần thiết để giữ cho cuộn dây ở tốc độ góc không đổi cũng phải nhịp theo thời gian với thời gian $ \ tau _ {\ rm max} = ({\ cal E} _ {\ rm max}) ^ 2 / (2 \ pi \, f \, R) $$ \ tau $$ t $$ T $$ T $. Mômen xoắn bên ngoài liên tục sẽ tạo ra một cuộn dây không đều nhau, và, do đó, với một điện áp thay đổi mà thay đổi theo thời gian một cách phức tạp hơn . $ \ sin (2 \ pi \, f \, t) $

Hình 40: Mômen hãm trong máy phát điện xoay chiều liên tục.
\ begin {figure} \ epsfysize = 2.5in \ centerline {\ epsffile {torque.eps}} \ end {figure}

Hầu như tất cả các trạm điện thương mại đều tạo ra điện bằng máy phát điện xoay chiều. Công suất bên ngoài cần để quay cuộn dây cung thường được cung cấp bởi một tua bin hơi (phun hơi nước chống lại các cánh quạt giống như cánh quạt). Nước được bay hơi để sản xuất hơi nước áp suất cao bằng cách đốt than hoặc bằng cách sử dụng năng lượng được giải phóng bên trong lò phản ứng hạt nhân. Tất nhiên, trong các nhà máy thủy điện, điện năng cần thiết để cuộn dây dẫn của máy phát điện được cung cấp bởi một tuabin nước (tương tự như tua bin hơi, ngoại trừ nước rơi xuống đóng vai trò của hơi nước). Gần đây, một loại máy phát điện mới đã được phát triển, trong đó điện năng cần thiết để xoay vòng cuộn dây cung cấp được cung cấp bởi một tuabin khí (cơ bản, một động cơ phản lực lớn đốt khí tự nhiên). Tại Hoa Kỳ và Canada, $ f = 60 $Hz, có nghĩa là các cuộn dây của máy phát điện trong các trạm điện quay chính xác sáu mươi lần một giây. Ở Châu Âu và phần lớn thế giới, tần số dao động của điện thương mại là $ f = 50 $Hz.

Nguồn: http://farside.ph.utexas.edu