Bài giảng Môn Vật lý lớp 12 - Thí nghiệm biểu diễn máy phát điện xoay chiều 3 pha

Thí nghiệm biểu diễn
MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA
I. Mục đích thí nghiệm
- Khảo sát cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha.
- Làm quen với cách mắc các mạch điện hình sao và hình tam giác.
- So sánh điện áp dây và điện áp pha. 
II. Dụng cụ thí nghiệm
 	1. Mô hình máy phát điện xoay chiều 3 pha:
	a. Rô to là nam châm vĩnh cửu.	
	b. Stato gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200, có lõi thép và hộp đèn LED.
	2. Bảng thép dùng để lắp ghép mô hình máy phát điện xoay chiều 3 pha.
	3. Bản mạch điện hình sao, có 4 đèn LED và 5 lỗ cắm điện.
	4. Bản mạch điện hình tam giác, có 3 đèn LED và 3 lỗ cắm điện.
	5. Bộ 6 cọc đấu dây dẫn.
	6. Bộ 5 dây dẫn nối mạch điện, mỗi dây dài 50cm có hai đầu có phích cắm.
	7. Đế 3 chân có hệ vít chỉnh cân bằng và trụ thép inoc D10/L495.
III. Tiến hành thí nghiệm
1. Khảo sát cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha
a. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 3 pha, gồm hai phần chính là rôto và stato:
- Rô to là một thanh nam châm, có trục quay vuông góc với thanh tại điểm chính giữa O.
- Stato gồm 3 cuộn dây dẫn hình trụ có lõi sắt giống nhau, đặt tại 3 vị trí sao cho trục của 3 cuộn dây này đồng quy tại một điểm O của một đường tròn và lệch nhau 1200.
- Ngoài ra mỗi cuộn dây stato còn được nối với một hộp đèn LED dùng để phát hiện dòng điện xuất hiện trong mỗi cuộn dây.
b. Hoạt động của máy phát điện xoay chiều 3 pha:
- Nếu quay đều rô to quay trục của nó, thì từ thông gửi qua mỗi tiết diện của cuộn dây stato biến thiên tuần hoàn theo thời gian với cùng tần số góc, cùng biên độ và lệch pha nhau một góc 1200. Theo định luật Pha-ra-đây về cảm ứng điện từ, trong mỗi cuộn dây stato xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều hình sin.
- Kết quả là 3 đèn LED nối với 3 cuộn dây của stato lần lượt phát sáng chậm sau nhau 1/3 chu kì quay của rô to. Để dễ dàng phân biệt sự chậm pha này, người ta quay rô to đủ chậm và dùng 3 đèn LED phát ánh sáng màu khác nhau (đỏ, lục, vàng). Khi quay rô to càng nhanh các đèn LED phát sáng càng mạnh.
2. Cách mắc mạch tiêu thụ điện nối với máy phát điện xoay chiều 3 pha
	Điện áp do máy phát điện xoay chiều 3 pha cung cấp cho mạch tiêu thụ điện phụ thuộc cách mắc các cuộn dây stato với mạch tiêu thụ điện. Có hai cách mắc: hình tam giác và hình sao.
a. Mắc mạch hình tam giác (Hình 2)
- Rút các đèn LED cắm trên ba cuộn dây stato ra khỏi các cuộn dây này.
- Trên bảng lắp ráp mạch điện, hai cọc đấu dây AA được nối với hai đầu cuộn dây stato thứ nhất, hai cọc đấu dây BB được nối với hai đầu cuộn dây stato thứ 2, hai cọc đấu dây CC được nối với hai đầu cuộn dây stato thứ 3. Dùng 3 lá nhôm nối các đầu dây tương ứng A-B, C-B, C-A của 3 cuộn dây stato này với nhau.
- Dùng 3 dây dẫn nối lần lượt các lỗ cắm tại 3 đỉnh hình tam giác của mạch tiêu thụ điện với các đầu dây A-B, C-B, C-A của 3 cuộn dây stato.
- Khi quay đều rô to, 3 đèn LED trong mạch tiêu thu điện lần lượt phát sáng. Khi đó điện áp ở hai đầu mỗi đèn LED này đúng bằng điện áp giữa hai đầu mỗi cuộn dây stato và được gọi là điện áp pha.
b. Mắc mạch hình sao (hình 3)
- Rút các đèn LED cắm trên 3 cuộn dây stator a khỏi các cuộn dây này. 
- Nối ba đầu cuối của 3 cuộn dây stato với nhau thành một đầu dây chung (gọi là đầu dây trung hoà, thường được nối với đất) bằng cách dùng hai (hoặc 3) lá nhôm nối 3 đầu cọc đấu dây A-C-B (nằm ở phía mép dưới của cảu bảng lắp ráp mạch điện ) với nhau.
- Dùng 3 dây dẫn nối lần lượt các lỗ cắm tại 3 đỉnh hình sao của mạch tiêu thụ điện với các đầu dây A, B, C còn lại của 3 cuộn dây stato. Sau đó dùng một dây thứ 4 nối điểm giwuax của mạch điện tiêu thụ hình sao với đầu dây trung hoà (hình 4).
- Khi quay đều rô to, ba đèn LED trong mạch tiêu thụ điện đều phát sáng.
- Trong cách mắc mạch điện này, điện áp giữa hai đầu mỗi đèn LED bằng điện áp giữa hai đầu của mỗi cuộn dây stato gọi lag điện áp Up; còn điện áp giữa hai đỉnh hình sao của mạch tiêu thụ điện được gọi là điện áp Ud.
- Ghi chú: Có thể dùng điện kế VAG làm chức năng vôn kế V đo các giá trị điện áp Up và điện áp dây Ud để chứng minh Ud>Up (theo lý thuyết, ta có : Ud=Up).