Trả lời nhanh
Trong máy phát điện xoay chiều một pha có p cặp cực, roto quay với tốc độ n vòng/giây thì tần số dòng điện phát ra là f = np (đơn vị Hz). Lí do: mỗi vòng quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên p chu kì, nên trong 1 giây có np chu kì. Nếu n cho theo vòng/phút thì f = np/60.
Công thức và ý nghĩa các đại lượng
Với máy phát điện xoay chiều một pha, tần số của suất điện động (và dòng điện) do máy tạo ra được tính bằng:
f = n·p
| Đại lượng | Ý nghĩa | Đơn vị |
|---|---|---|
| f | Tần số dòng điện phát ra | Hz |
| n | Tốc độ quay của roto | vòng/giây |
| p | Số cặp cực từ (số cực = 2p) | không có |
Khi n tính theo vòng/phút, ta đổi sang vòng/giây trước: f = n·p/60.
Vì sao tần số là f = np?
Suất điện động xoay chiều sinh ra do từ thông qua các cuộn dây của stato biến thiên. Mỗi lần một cặp cực (một cực bắc và một cực nam) đi ngang qua một cuộn dây thì suất điện động hoàn thành đúng 1 chu kì.
- Roto có p cặp cực → một vòng quay có p cặp cực lần lượt đi qua cuộn dây → được p chu kì.
- Roto quay n vòng trong 1 giây → có n·p chu kì trong 1 giây.
- Số chu kì trong 1 giây chính là tần số: f = np.
Trường hợp đơn giản nhất p = 1 (một cặp cực): quay 1 vòng ra đúng 1 chu kì, nên f = n. Đây là lí do ở máy có 1 cặp cực, tần số (Hz) bằng số vòng quay mỗi giây.
Các bước áp dụng
- Xác định số cặp cực p (nếu đề cho số cực thì chia đôi).
- Đổi tốc độ quay về vòng/giây (chia 60 nếu đề cho vòng/phút).
- Thay vào f = np; muốn tìm đại lượng khác thì biến đổi: n = f/p, p = f/n.
Ví dụ minh hoạ (tự đặt)
Ví dụ 1. Máy phát có 4 cặp cực, roto quay 750 vòng/phút. Tính f.
Đổi n = 750/60 = 12,5 vòng/s. Vậy f = 12,5 × 4 = 50 Hz.
Ví dụ 2. Máy phát có 3 cặp cực cần phát dòng 50 Hz. Roto phải quay với tốc độ bao nhiêu?
n = f/p = 50/3 ≈ 16,7 vòng/s, tức 1000 vòng/phút.
Ví dụ 3. Roto quay 25 vòng/s, máy phát dòng 50 Hz. Máy có bao nhiêu cực?
p = f/n = 50/25 = 2 cặp cực, nghĩa là có 4 cực.
Lỗi sai thường gặp
- Quên đổi đơn vị: dùng thẳng n = 600 vòng/phút vào f = np sẽ ra 600p Hz – sai hoàn toàn.
- Nhầm cặp cực với cực: đề ghi “8 cực” thì p = 4, không phải 8.
- Nhầm với động cơ không đồng bộ: ở động cơ, từ trường quay có tốc độ n0 = f/p, còn roto quay chậm hơn n0. Công thức f = np ở trang này dành cho máy phát.
- Nghĩ roto phải là nam châm: nếu phần cảm là stato còn roto là phần ứng thì công thức vẫn đúng, vì chỉ phụ thuộc chuyển động tương đối giữa cực từ và cuộn dây.
Mẹo nhớ
“Một vòng – p chu kì”. Cứ quay thêm một vòng là ra thêm p dao động, nên tần số tỉ lệ thuận với cả tốc độ quay lẫn số cặp cực. Muốn giữ tần số 50 Hz mà số cặp cực tăng thì roto có thể quay chậm lại – thuỷ điện thường dùng nhiều cặp cực vì tua-bin quay chậm.
Bài luyện tập
- Máy phát có 5 cặp cực, roto quay 600 vòng/phút. Tính tần số. Đáp án: n = 10 vòng/s, f = 50 Hz.
- Máy phát thuỷ điện có 24 cặp cực phát dòng 50 Hz. Tính tốc độ quay của roto theo vòng/phút. Đáp án: n = 50/24 vòng/s = 125 vòng/phút.
- Roto có 12 cực quay 300 vòng/phút. Tính f. Đáp án: p = 6, n = 5 vòng/s, f = 30 Hz.
Câu hỏi thường gặp
Công thức f = np dùng khi n tính theo đơn vị nào?
n phải tính bằng vòng/giây. Nếu đề cho vòng/phút thì dùng f = np/60 hoặc đổi n sang vòng/giây trước khi thay số.
p trong công thức là số cực hay số cặp cực?
p là số cặp cực. Máy có 2p cực, ví dụ 8 cực thì p = 4.
Muốn máy phát ra dòng 50 Hz với roto có p cặp cực thì roto quay bao nhiêu vòng/giây?
Từ f = np suy ra n = 50/p vòng/giây. Ví dụ p = 2 thì n = 25 vòng/giây, tức 1500 vòng/phút.
Công thức này có áp dụng cho động cơ không đồng bộ không?
Không trực tiếp. Với động cơ, tốc độ từ trường quay là n0 = f/p, còn roto quay chậm hơn từ trường. Công thức f = np dành cho máy phát điện xoay chiều.