Tìm hiểu về Máy phát điện xoay chiều và Công suất điện xoay chiều

NHÓM 3: Máy phát điện xoay chiều và Công suất điện xoay chiều ……………………………………………………………………………….. bài hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu về một thiết bị đien quen thuộc, đó là:máy phát điện nguồn điện chúng ta đang dùng được sản xuất từ nhà máy điện khi mất điện chúng ta hay dùng máy phát điện để có dòng điện. Vậy máy phát điện và nhà máy điện có đặc điểm gì chung mà có thể sử dụng để tạo ra dòng điện?Bài hôm nay chúng ta sẽ đi tìm hiểu về vấn đề đóTrước hết chúng ta hãy quan sát một số hình ảnh sau:hình ảnh về nhà máy phát điệnĐây là một máy phát điện Đây là một mô hình máy phát điện bài hôm nay chúng ta sẽ đi tìm hiểu về cấu tạo và hoạt động cong của máy phát điện xoay chiều Trước hết, ta phải hiểu được nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều "Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ để tạo ra dòng xoay chiều ta cho khung quay trong từ trường đều khi khung quay trong từ trường đều trong khung sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng,hay trong khung sẽ có dòng điện xoay chiều Dựa vào dl Lenxo xac định được chiều dòng điện, đl Faraday xác định độ lớn của suất điện động cảm ứngDòng điện thu được có dạng:chúng ta có một cách tạo ra dòng xoay chiều ,đó làchúng ta có cách 2 tạo dòng xoay chiều chúng ta có 2 cách để tạo ra dòng xoay chiều tương ứng với 2 cách cấu tạo của máy phát điện xoay chiềuchúng ta đi nghiên cứu một số máy phát điện cụ thể, máy phát điện xoay chiều một phaĐây là mô hình máy phát điện xoay chiều 1 pha thường người ta chế tạo máy phất điện theo cách 2, vì dễ sử dụng và chế tạo  để sử dụng được dòng điện này dùng dây dẫn nối khung dây với mạch ngoài nếu nối như vậy khi khung quay sẽ có bất lợi la dây sẽ bị rối để khắc phục người ta dùng một bộ phận: cổ góp  chúng ta sẽ nghiên cứu máy phátđiện xoay chiều ba pha, xem có ưu điểm gì hơn máy phát điện xoay chiều một pha?Trước hết ta phải hiểu thế nào là dòng xoay chiều ba pha? dòng điện thu được có dạngmáy phát điện xoay chiều 3 pha cấu tạođây là mặt cắt của máy phát điện xoay chiều ba pha  máy phát điện xoay chiều ba pha có ưu điểm la có hệ thống dòng ba pha máy phát điện xoay chiều ba pha có công suất lớn hơn so với máy phát điện xoay chiều một pha, vì vậy trong thực tế người ta hay dùng máy phát điện xoay chiềuba pha để đưa điện ra ngoai ta dùng 3 hệ thống cổ góp như vậy rất phức tạp, người ta có một cách khắc phục: mắc mạch ngoài theo cách riêngcó 2 cách mắc: cách 1:mắc hình saoId=√3IP Ud=UP cách 2: mắc hình tam giácId=IP Ud=√3Up " Không ai tắm hai lần trên một dòng sông " 4. Công suất điện xoay chiều a.Công suất của mach của dòng đien xoay chieu Công suất được định nghĩa như là phần năng lượng được chuyển qua một bề mặt trong một đơn vị thời gian. Đối với mạch điện một chiều, công suất, năng lượng mà mạch điện thực hiện chuyển đổi qua đường dây điện trong một đơn vị thời gian, được tính bằng công thức: P=U x I Với P là công uất U là điện áp I là độ lớn dòng điện đi qua Trong mạch điện xoay chiều, các thành phần tích lũy năng lượng như cuộn cảm và tụ điện có thể tạo ra sự lệch pha của dòng điện so với hiệu điện thế. Có thể được biểu diễn về mặt toán học hiệu điện thế và dòng điện bằng số phức để thể hiện pha của các đại lượng này cho điện xoay chiều. Lúc này công suất cũng có thể biểu diễn qua số phức, kết quả của phép nhân hai số phức là hiệu điện thế và dòng điện. Giá trị tuyệt đối của công suất phức là công suất biểu kiến(S). Phần thực của công suất phức được gọi là công suất thực(P). Nó là công suất tính trung bình theo toàn chu kỳ của dòng điện xoay chiều, tạo ra sự chuyển giao thực năng lượng theo một hướng. Phần ảo của công suất phức được gọi là công suất phản kháng; do nó là công suất chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng Dòngnăng lượng Trong biểu đồ, P là công suất thực, Q là công suất phản kháng, độ dài của S là công suất biểu kiến. Quan hệ toán học giữa các thành phần này là một tổng vectơ và thông thường được biểu diễn dưới dạng số phức S = P + iQ Ở đây i là đơn vị số ảo, căn bậc hai của -1. Giả sử coi như ta có mạch điện xoay chiều bao gồm một nguồn và phụ tải tổng quát hóa, trong đó cả dòng điện và hiệu đện thế là có dạng hình sin. Nếu phụ tải là điện trở thuần túy hay hai sự phân cực theo hai chiều là cân bằng, thì chiều của dòng năng lượng không bị thay đổi và chỉ có công suất thực đi qua . Nếu phụ tải là cảm kháng hay dung kháng thuần túy thì hiệu điện thế và dòng điện lệch pha nhau đúng 90 độ (đối với dung kháng thì dòng điện nhanh pha hơn hiệu điện thế còn đối với cảm kháng thì dòng điện chậm pha hơn so với hiệu điện thế) Do vậy sẽ không có một năng lượng thực nào qua được. Nguồn năng lượng khi đó sẽ chỉ chuyển tới, chuyển lui và được biết như là công suất phản kháng. Neu cảm kháng (dơn giản nhất là cuộn cảm) và dung kháng (đơn giản nhất là tụ điện) được mắc song song thì dòng điện sinh ra bởi cảm kháng và dung kháng là lệch pha nhau 180 độ và vì thế chúng một phần nào đó triệt tiêu lẫn nhau hơn là bổ sung cho nhau. Trong thực tế, phần lớn các phụ tải đều có cảm kháng hay dung kháng hoặc cả hai phần này vì thế cả công suất thực và .công suất phản kháng đều phải được truyền tới phụ tải. b.Hệ số công suất .Khái niệm hệ số công suất Đại lượng cosφ trong công thức tính công suất P = UIcos được gọi là hệ số công suất của mạch điện xoay chiều. Là tỷ số giữa công suất thực và công suất biểu kiến trong mạch . Khi dòng xoay chiều có dạng hình sin lý tưởng, hệ số công suất là côsin của góc lệch pha giữa dòng điện và hiệu điện thế của dòng xoay chiều. Do vậy trên thực tế người ta hay ghi hệ số công suất như là " cos " vì lý do này. cos = 1 khi hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha, cos =0 khi dòng điện nhanh hoặc chậm pha so với hiệu điện thế 90 độ. Đối với hai hệ thống truyền tải điện với cùng công suất thực, hệ thống nào có hệ số công suất thấp hơn sẽ có dòng điện xoay chiều lớn hơn vì lý do năng lượng quay trả lại nguồn lớn hơn. Dòng điện lớn hơn trong các hệ thống thực tiễn có thể tạo ra nhiều thất thoát hơn và làm giảm hiệu quả truyền tải điện năng. Tương tự, đoạn mạch có hệ số công suất thấp hơn cũng sẽ có công suất biểu kiến cao hơn và nhiều thất thoát năng lượng hơn với cùng một công suất thực được truyền tải. • Mạch chỉ có L: Khi đó . Vậy mạch điện chỉ có cuộn cảm thuần L thì không tiêu thụ công suất • Mạch chỉ có tụ C : Khi đó . Vậy mạch điện chỉ có tụ C thì cũng không tiêu thụ công suất • Mạch chỉ có điện trở R: Khi đó . Công thức trên cho thấy rằng khi mạch điện chỉ có điện trở R thì tiêu thụ công suất lớn nhất và công suất này cũng bằng khi dòng điện trong mạch là dòng điện không đổi. • Mạch RL trong đó cuộn dây thuần cảm: - Hệ số công suất:  - Công suất của mạch:- Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên R (cũng là trên toàn mạch) là:  • Mạch RC: - Hệ số công suất: - Công suất của mạch: - Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên R (cũng là trên toàn mạch) là: • Mạch RL trong đó cuộn dây có thêm r: - Hệ số công suất: - Công suất của mạch: - Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên R là:  - Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên cuộn dây có r là:  • Mạch RLC trong đó cuộn dây có thêm r: - Hệ số công suất: - Công suất của mạch: - Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên R là: - Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên cuộn dây là:  Đoạn mạch có dung kháng sinh ra công suất phản kháng với dòng điện nhanh pha hơn hiệu điện thế một góc 90 độ, trong khi đó thì đoạn mạch có cảm kháng sinh ra công suất phản kháng với dòng điện chậm pha hơn hiệu điện thế một góc 90 độ. Kết quả của điều này là các thành phần cảm kháng và dung kháng có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau. Theo quy ước, dung kháng được coi là sinh ra công suất phản kháng còn cảm kháng thì tiêu thụ công suất này (điều này có lẽ có nguyên nhân là trên thực tế phần lớn các phụ tải thực trong cuộc sống là có cảm kháng và do đó công suất phản kháng phải được cấp tới chúng từ những tụ bù hệ số công suất). Trong truyền tải điện năng và phân phối chúng, có cố gắng đáng kể để kiểm soát công suất phản kháng. Điều này thông thường được thực hiện bởi việc tự động đóng/mở các cuộn cảm hay các tụ điện. - Công suất P = UIcosφ là công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện, còn công suất là công suất tỏa nhiệt khi mạch có điện trở R, một phần công suất của mạch bị hao phí dưới dạng công suất tỏa nhiệt còn phần lớn là công suất có ích, khi đó:   Mà Từ công thức tính công suất hao phí trên cho thấy để làm giảm đi công suất hao phí thì người ta tìm cách nâng cao hệ số công suất. Và trong thực tế thì không sử dụng những thiết bị mà có hệ số công suất cosφ < 0,85. - Hiệu suất của mạch điện (thiết bị tiêu thụ điện) là: Công suất biểu kiến được sử dụng để mô tả việc cung ứng điện năng từ nguồn. Nó là tổng vectơ của công suất thực (năng lượng thực tế được truyền từ nguồn tới phụ tải) và công suất phản kháng (là năng lượng lưu thông giữa nguồn và các thành phần lưu trữ năng lượng là cảm kháng và dung kháng của phụ tải. Nó thông thường là điều được chú ý nhiều nhất trontruyền tải và phân phối điện năng. |S|2 = P2 + Q2 Đơn vị công suất oát (W) nói chung được gắn với công suất thực tế tiêu hao. Công suất phản kháng được đo bằng vôn-ampe phản kháng (VAr) và công suất biểu kiến hay công suất phức hợp được đo bằng vôn-ampe (VA) hay các bội (ước) số của nó, chẳng hạn như kVA.