Vật 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: 

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

Bài 1:

Chọn phát biểu đúng:  Động cơ không đồng bộ ba pha là động cơ:

A. Hoạt động được với các dòng điện ngược pha nhau.

B. Được cấu tạo bởi ba cuộn dây không đồng bộ nhau.

C. Rôto quay không đồng bộ với từ trường quay của stato.

D. Có cấu tạo của stato và rôto ngược với động cơ đồng bộ.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C.

Bài 2: 

Một động cơ điện xoay chiều có công suất tiêu thụ điện năng bằng 440W, hệ số công suất bằng 0,8. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu động cơ bằng 220V. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ?

Hướng dẫn giải: 

\(\left\{\begin{matrix} P = 440W \ \\ \cos \varphi = 0,8\\ U = 220V \ \\ I = \ ? \ \ \ \ \ \ \ \end{matrix}\right.\)
\(P = UI\cos \varphi\)
\(\Rightarrow I = \frac{P}{U\cos \varphi }\)
\(\Rightarrow I = \frac{440}{220.0,8} = 2,5A\)

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:

- Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ

- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha.

- Làm quen với các dạng bài tập về Động cơ điện xoay chiều theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 18 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Tìm câu trả lời ĐÚNG trong các câu dưới đây: 

  • A. Máy phát điện 3 pha có 3 phần: phần cảm gồm 3 cuộn dây giống nhau (hay 3 cặp cuộn dây) đặt lệch nhau 1200 trên lõi sắt (stato) và phần ứng gồm 1 hay nhiều cặp cực từ quay tròn đều (roto). 
  • B. Dòng điện 3 pha là hệ dòng điện xoay chiều tạo ra bởi 2 máy đao điện một pha riêng biệt.
  • C. Khi chưa nối với các mạch điện tiêu thụ điện thì 3 suất điện động tạo bởi máy phát điện 3 pha giống hệt nhau về mọi mặt. 
  • D. Khi 3 mạch tiêu thụ điện giống hệt nhau thì 3 dòng điện tạo ra bởi máy phát điện 3 pha là 3 dòng điện xoay chiều có dạng:  i₁ = I₀cosωt; i₂ = I₀cos(ωt + 120⁰) và i₃ = I₀cos(ωt – 120⁰)

• Câu 2:

  Một động cơ không đồng bộ ba pha sinh ra công cơ học gấp 80 lần nhiệt lượng tỏa ra của máy. Tìm hiệu suất của động cơ?

  • A. 38,8%
  • B. 8,8%
  • C. 90,8%
  • D. 98,8%

• Câu 3:

  Một động cơ điện xoay chiều có công suất tiêu thụ điện năng bằng 440W, hệ số công suất bằng 0,8. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu động cơ bằng 220V. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng qua động cơ?

  • A. 7,5(A)
  • B. 2(A)
  • C. 2,5(A)
  • D. 5(A)

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 12 Bài 18 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 1 trang 97 SGK Vật lý 12

Bài tập 2 trang 97 SGK Vật lý 12

Bài tập 1 trang 168 SGK Vật lý 12 nâng cao

Bài tập 2 trang 168 SGK Vật lý 12 nâng cao

Bài tập 3 trang 168 SGK Vật lý 12 nâng cao

Bài tập 4 trang 168 SGK Vật lý 12 nâng cao

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!