Giáo án Vật lý Lớp 12 - Chương III: Dòng điện xoay chiều - Tiết 32, Bài 17: Máy phát điện xoay chiều ba pha

Ngày soạn: /	/ Ngày dạy: /	/
Tiết 30

MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA
o0o
MỤC TIÊU BÀI HỌC
Về kiến thức
Mô tả được sơ đồ cấu tạo và giải thích được nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều 1 pha và máy phát điện 3 pha.
Về kĩ năng
Phân tích được hoạt động của máy phát điện xoay chiều ba pha và các cách mắc mạch ba pha
Thái độ: Nghiêm túc, hứng thú trong học tập.
Năng lực hướng tới
a, Phẩm chất năng lực chung
Phẩm chất: Tự lập, tự tin, tự chủ; Có trách nhiệm bản thân và cộng đồng
Năng lực chung: Năng lực tự học; năng lực giải quyết vấn đề; Năng lực giao tiếp; Năng lực hợp tác; Năng lực sử dụng ngôn ngữ; Năng lực tính toán.
b, Năng lực chuyên biệt môn học
Năng lực sử dụng ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực thực hành, thí nghiệm
PHƯƠNG PHÁP-KĨ THUẬT
Phương pháp
PP dạy học Gợi mở - vấn đáp, PP thuyết trình, PP hoạt động nhóm, PP công tác độc lập
Kĩ thuật dạy học
Kĩ thật dặt câu hỏi, kĩ thuật XYZ
CHUẨN BỊ
Chuẩn bị của giáo viên:
Gíao án, tranh, ảnh trong SGK.
SGK, SGV, một số dụng cụ thí nghiệm
Giao một số câu hỏi trong bài học mới cho học sinh tìm hiểu trước ở nhà.
Chuẩn bị của học sinh:
Đọc trước bài học, tự tìm thông tin trong SGK sách tham khảo, mạng để trả lời các câu hỏi trong SGK và các câu hỏi giáo viên giao về nhà cho HS tiết trước.
HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Ổn định lớp
Kiểm tra bài cũ
Bài mới
Họat động của giáo viên
Họat động của học sinh
Nội dung
HOẠT ĐỘNG 1: Khởi động (2’)
Mục tiêu:	HS biết được các nội dung cơ bản của bài học cần đạt được, tạo tâm thế cho học sinh đi vào tìm hiểu bài mới.
Phương pháp dạy học:	Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
- Trên các đường dây điện quốc gia ta thấy thường một hệ thống dây gồm 3 hoặc 4 soiự dây. Đây là đường điện 3 pha vì thực tế khi truyền tải điện đi xa để tiết kiệm dây dẫn người ta dung dòng điện ba pha. Vậy dòng điện ba pha là gì và làm sao để có dòng ba pha? Ta sẽ tìm hiểu qua bài “MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA”
-	HS	định	hướng	nội dung bài học
Tiết 30
MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA
HOẠT ĐỘNG 2: Hình thành kiến thức (20’)
Mục tiêu: sơ đồ cấu tạo và giải thích được nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều 1 pha và máy phát điện 3 pha.
Phương pháp dạy học:	Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình; sử dụng đồ dung trực quan
Định hướng phát triển năng lực: Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
- Cho HS nghiên cứu mô
- HS nghiên cứu từ mô hình
I. Máy phát điện xoay
hình máy phát điện xoay
chiều 1 pha ® Máy phát
và Sgk về trả lời.
chiều một pha
Cấu tạo:
điện xoay chiều hoạt động
- Phần cảm (roto) tạo ra từ
dựa vào nguyên tắc nào?
thông biến thiên bằng các
® Nó có cấu tạo như thế nào?
+ Các cuộn nam châm điện của phần cảm (ro to):
- Nêu cấu tạo của máy phát
điện xoay chiều một pha
nam châm quay.
- Phần ứng (stato) gồm
các cuộn dây giống nhau, cố	định	trên	một	vòng
N
S	S
tròn.
+ Từ thông qua mỗi cuộn
dây biến thiên tuần hoàn
với tần số:
+ Các cuộn dây của phần ứng (stato):
B2
f = np
trong đó: n (vòng/s)
p: số cặp cực.
B1	B3
- Giới thiệu về hệ 3 pha.
- HS ghi nhận về hệ 3
III. Hệ ba pha
pha.
- Hệ ba pha gồm máy phát ba pha,
đường dây tải điện 3 pha, động cơ
ba pha.
- Thông báo về máy phát
1. Máy phát điện xoay chiều 3
điện xoay chiều 3 pha.
- HS nghiên cứu Sgk và
pha
ghi nhận về máy phát
- Là máy tạo ra 3 suất điện động
điện xoay chiều 3 pha.
xoay chiều hình sin cùng tần sồ,
- Nếu suất điện động
cùng biên độ và lệch pha nhau
xoay chiều thứ nhất có
biểu	thức:	e1	=	e0 2
-	Lệch pha	nhau 1200
(2p/3	rad)	nên:
1200 từng đôi một.
coswt thì hai suất điện động xoay chiều còn lại
e = e	2cos(wt - 2p )
2	0	3
e1 = e0 2coswt
e = e	2cos(wt - 2p )
2	0	3
e = e	2cos(wt - 4p )
3	0	3
- Cấu tạo: (Sgk)
1
~
0
~	~
3
2
2. Cách mắc mạch ba pha
- Trong mạch ba pha, các tải được mắc với nhau theo hai cách:
Mắc hình sao.
Mắc hình tam giác.
Các điện áp u10, u20, u30 gọi là
điện áp pha.
Các điện áp u12, u23, u31 gọi là
điện áp dây. Udây =	3 Upha
3. Dòng ba pha
- Dòng ba pha là hệ ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha với nhau 1200 từng đôi một.
4. Những ưu việt của hệ ba pha
Tiết kiệm dây dẫn.
Cung cấp điện cho các động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp.
có biểu thức như thế
nào?
e = e	2cos(wt - 4p )
3	0	3
- Y/c HS nghiên cứu
- HS tìm hiểu cấu tạo của
Sgk và mô hình để tìm
máy phát điện xoay chiều
hiểu cấu tạo của máy
3 pha dựa vào Sgk và mô
phát điện xoay chiều 3
pha.
hình.
- HS nghiên cứu Sgk và
N
trình bày hai cách mắc:
+ Mắc hình sao.
+ Mắc hình tam giác.
S
- HS ghi nhận các khái
niệm điện áp pha và điện
áp dây.
- Máy phát ba pha được
nối với ba mạch tiêu thụ
điện năng (tải). Xét các
tải đối xứng (cùng điện
trở,	dung	kháng,	cảm
kháng).
- Các tải được mắc với
nhau theo những cách
nào?
- Mô tả hai cách mắc
theo hình 17.6 và 17.7
- HS nghiên cứu Sgk để
Sgk.
trả lời: là hệ ba dòng điện
- Trình bày điện áp pha
xoay chiều hình sin có
và điện áp dây.
cùng tần số, nhưng lệch
- Dòng điện xoay chiều
pha với nhau 1200 từng
do máy phát điện xoay
chiều ba pha phát ra là
đôi một.
dòng ba pha.
® Chúng có đặc điểm
- HS nghiên cứu Sgk và
gì?
liên hệ thực tế để tìm
- Nếu các tải là đối xứng
những ưu việt của hệ ba
® ba dòng điện này sẽ
pha.
có cùng biên độ.
- Hệ ba pha có những ưu
việt gì?
TIẾT 2
- Động cơ điện là thiết bị
- Từ điện năng sang cơ
I. Nguyên tắc chung của động cơ
dùng để biến đổi từ dạng năng lượng nào sang dạng năng lượng nào?
Y/c HS nghiên cứu Sgk và mô hình để tìm hiểu nguyên tắc chung của động cơ điện xoay chiều.
Khi nam châm quay đều, từ trường giữa hai cực của nam châm sẽ như thế nào?
Đặt trong từ trường đó một khung dây dẫn cứng có thể quay quanh trục D
® có hiện tượng gì xuất hiện ở khung dây dẫn?
Tốc độ góc của khung dây dẫn như thế nào với tốc độ góc của từ trường?
năng.
HS nghiên cứu Sgk và thảo luận.
Quay đều quanh trục D và B ^ D ® từ trường quay.
Từ thông qua khung biến thiên ® i cảm ứng
® xuất hiện ngẫu lực từ làm cho khung quay theo chiều từ trường, chống lại sự biến thiên của từ trường.
Luôn luôn nhỏ hơn. Vì khung quay nhanh dần “đuổi theo” từ trường. Khi w ­ ® DF ¯ ® i và M ngẫu lực từ ¯. Khi Mtừ vừa đủ cân bằng với Mcản
thì khung quay đều.
điện xoay chiều
Tạo ra từ trường quay.
Đặt trong từ trường quay một (hoặc nhiều) khung kín có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường.
Tốc độ góc của khung luôn luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường, nên động cơ hoạt động theo nguyên tắc này gọi là động cơ không đồng bộ.
HS nghiên cứu Sgk và thảo luận để trình bày hai bộ phận chính là rôto và stato.
Để tăng thêm hiệu quả hoạt động của động cơ
Vì 3 cuộn đặt tại 3 vị trí trên một vòng tròn sao cho các trục của ba cuộn đồng quy tại tâm O và hợp nhau những góc 120o nên chúng lệch pha nhau 2p/3 rad.
HS chứng minh để tìm
ra B = 3 B
2 m
II. Cấu tạo cơ bản của động cơ
- Y/c HS nghiên cứu
không đồng bộ
Sgk và nêu cấu tạo của
- Gồm 2 bộ phận chính:
động cơ không đồng bộ.
1. Rôto là khung dây dẫn quay
dưới tác dụng của từ trường quay.
- Giới thiệu roto trong
2. Stato là những ống dây có dòng
thực tế (rôto lồng sóc).
điện xoay chiều tạo nên từ trường
Tại sao người ta lại làm
quay.
roto lòng sóc?
- Sử dụng hệ dòng 3 pha để tạo
- Nếu cảm ứng từ do
nên từ trường quay.
cuộn 1 tạo ra tại O có
+ Cảm ứng từ do ba cuộn dây tạo
biểu thức:	B1 = Bmcoswt
thì cảm ứng từ do hai
ra tại O:
B1 = Bmcoswt
cuộn còn lại tạo ra tại O
có biểu thức như thế
B = B cos(wt - 2p )
2	m	3
nào?
- Cảm ứng từ tại O có độ
B = B cos(wt - 4p )
3	m	3
lớn được xác định như
thế nào?
+ Chọn hai trục toạ độ vuông góc Ox và Oy sao cho Ox nằm theo hướng
+ Cảm ứng từ tổng hợp tại O:
B = B1 + B2 + B3
B1 .
+ Tổng hợp theo từng hướng Bx và By.
+ Dựa vào đẳng thức
æ 3	ö2
B2 + B2 = ç	B ÷ chứng tỏ
x	y	è 2 m ø
B	là vectơ quay xung quanh O với tần số góc
w.
- HS chứng minh:
B = 3 B coswt
x	2 m
B = 3 B sinwt
x	2 m
Có độ lớn B = 3 B và có đầu mút
2 m
quay xung quanh O với tốc độ góc
w.
HOẠT ĐỘNG 3: Hoạt động luyện tập (10') Mục tiêu: Luyện tập củng cố nội dung bài học
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Câu 1: Một máy phát điện xoay chiều một pah có roto gồm 4 cặp cực tử, muốn tần số của dòng điện xoay chiều mà máy phát ra là 50 Hz thì roto phải quay với tốc độ
A. 500 vòng/ phút	B. 750 vòng/phút
C. 1500 vòng/phút	D. 3000 vòng/phút
Câu 2: Trong mạch điện xoay chiều ba pha, tải mắc hình sao có dây trung hòa, khi một paha tiêu thụ điện bị hở thì cường độ dòng điện trong hai pha còn lại
A. Đều tăng lên	B. Đều giảm xuống
C. Không thay đổi	D. Đều bằng 0
Câu 3: Một máy phát điện xoay chiều tạo nên suất điện động e=220√2 cos100πt (V). Tốc độ quay của roto là 1500 vòng/ phút. Số cặp cực của roto là
A. 2	B. 4
C. 5	D. 6
Câu 4: Một mạch tiêu thụ điện là cuộn dây có điện trở thuần r = 8 Ω, tiêu thụ công suất P=32 W với hệ số công suất cosφ = 0,8. Điện năng được đưa từ máy phát điện xoay chiều một pha nhờ dây dẫn có điện trở R = 4 Ω. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đường dây nơi máy phát là
A. 10√5 V	B. 28 V
C. 12√5 V	D. 24 V
Câu 5:
Máy phát điện xoay chiều tạo nên suất điện động e = E0√2cos100πt. Tốc độ quay của rôto là 600 vòng/phút. Số cặp cực của rôto là bao nhiêu ?
A. 10. B. 8. C. 5. D. 4.
Câu 6: Một động cơ điện xoay chiều có điện trở dây quấn là 20 Ω. Mắc động cơ vao mạng điện xoay chiều ó điện áp hiệu dụng là 220 V. Giả sử hệ số công suất của động cơ là cosφ = 0,85 không thay đổi, hao phí trong động cơ chỉ dol tỏa nhiệt. Công suất cơ cực đại mà động cơ có thể sinh ra là
A. 437 W B. 242 W
C. 371 W D. 650 W
Câu 7: Mô hình gồm nam châm chữ U quay đều quanh trục và một khung dây dẫn kín đặt trong từ trường của nam châm đó,
không phải là mô hình của động cơ điện (vì không có dòng điện).
là mô hình của động cơ điện vì sẽ cho dòng điện chạy vào khung.
C. là mô hình của loại động cơ không đồng bộ và không cần cho dòng điện chạy vào khung.
D. chỉ là mô hình của động cơ không đồng bộ ba pha, vì cần phải có dòng điện ba pha để tạo ra từ trường quay.
Câu 8: Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng gồm 4 cuộn dây giống nhâu mắc nối tiếp, có suất điện động hiệu dụng 100 V và tần số 50 Hz. Từ thông cực đại qua mỗi vòng dây là Фo=0,375 mWb. Số vòng dây của mỗi cuộn dây trong phần ứng là
A. 300 vòng B. 150 vòng
C. 75 vòng D. 37,5 vòng
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu
1
2
3
4
5
6
7
8
Đáp án
B
C
A
C
C
A
C
A
HOẠT ĐỘNG 4: Hoạt động vận dụng (8’) Mục tiêu: Vận dụng làm bài tập
Phương pháp dạy học: Dạy học nhóm; dạy học nêu và giải quyết vấn đề; phương pháp thuyết trình
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
C1 trang 96 SGK: Hãy vận dụng các quy tắc xác định chiều của dòng điện cảm ứng và chiều của lực từ đã học ở lớp 11 để xác định chiều quay của khung MNPQ trong hình 18.1 SGK.
Thực hiện nhiệm vụ học tập:
- HS sắp xếp theo nhóm và tiến hành làm việc theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV
Lực từ tác dụng lên khung dây bao giờ cũng có xu hướng làm cho khung dây quay đến vị trí sao cho từ thông qua khung cực đại.
Lực từ sẽ làm cho khung dây theo chiều quay của vecto cảm ứng từ.
Khi tốc độ quay của khung càng gần tốc độ quay của từ trường thì momen của lực từ càng nhỏ.
Khi momen của lực từ cân bằng với momen của lực ma sát thì khung quay đều với tốc độ nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường quay.
HOẠT ĐỘNG 5: Hoạt động tìm tòi và mở rộng (2’) Mục tiêu: Tìm tòi và mở rộng kiến thức
Phương pháp dạy học: dạy học nêu và giải quyết vấn đề
Định hướng phát triển năng lực:	Năng lực thực nghiệm, năng lực quan sát, năng lực sáng tạo, năng lực trao đổi. Phẩm chất tự tin, tự lập, giao tiếp.
Tìm hiểu thêm các ví dụ trong thực tế về ứng dụng của động không đồng bộ ba pha
Hướng dẫn về nhà
- Làm tất cả các bài tập trong SGK trang 94 và SBT trang 28