Ôn tập chương 3 - Dòng điện xoay chiều

- Biểu thức điện áp: \(u = {u_R} + {u_L} + {u_C} = {U_0}cos\left( {\omega t + {\varphi _u}} \right)\)

- Biểu thức dòng điện: \(i = {I_0}cos\left( {\omega t + {\varphi _i}} \right)\)

- Các công thức:

+ Tổng trở: \(Z = \sqrt {{R^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}} \)

+ Cường độ dòng điện cực đại: \({I_0} = \dfrac{{{U_0}}}{Z} = \dfrac{{{U_{0R}}}}{R} = \dfrac{{{U_{0L}}}}{{{Z_L}}} = \dfrac{{{U_{0C}}}}{{{Z_C}}}\) 

+ Dụng cụ đo điện (ampe kế, vôn kế) đo được giá trị được gọi là gái trị hiệu dụng

\(Giá \, trị \, hiệu \, dụng = \dfrac{{Giá \, trị \, cực \, đại}}{{\sqrt 2 }}\)

+  Độ lệch pha của u so với i: \(\tan \varphi  = \dfrac{{{Z_L} - {Z_C}}}{R} = \dfrac{{{U_L} - {U_C}}}{{{U_R}}}\)

+ Công suất: \(P = UIcos\varphi  = {I^2}R = \dfrac{{{U^2}R}}{{{Z^2}}} = \dfrac{{{U^2}R}}{{{R^2} + {{\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)}^2}}}\)

+ Hệ số công suất: \(cos\varphi  = \dfrac{{{U_{0R}}}}{{{U_0}}} = \dfrac{R}{Z}\)

+ Hiện tượng cộng hưởng: \({Z_L} = {Z_C}\)  hay \(\omega  = \dfrac{1}{{\sqrt {LC} }}\)  khi đó:

* công suất đạt giá trị cực đại \({P_{{\rm{max}}}} = \dfrac{{{U^2}}}{R}\)

* cường độ dòng điện cùng pha với điện áp

* tổng trở đạt giá trị nhỏ nhất: \({Z_{\min }} = R\)

* cường độ dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại: \({I_{max}} = \dfrac{U}{R}\)

* điện áp giữa hai đầu điện trở cực đại và bằng điện áp toàn mạch: \({U_R} = U\)

+ Giản đồ véc tơ:

1. Mạch RLC có R thay đổi

- Khi \(R = {R_0} = \left| {{Z_L} - {Z_C}} \right|\) thì công suất cực đại: \({P_{max}} = \dfrac{{{U^2}}}{{2{R_0}}} = \dfrac{{{U^2}}}{{2\left| {{Z_L} - {Z_C}} \right|}}\)

- Khi \(R = {R_1}\) và \(R = {R_2}\) mạch thu được công suất như nhau: \({P_1} = {P_2} = P\), khi đó:

\(\left\{ \begin{array}{l}{R_1} + {R_2} = \dfrac{{{U^2}}}{P}\\{R_1}{R_2} = R_0^2 = {\left( {{Z_L} - {Z_C}} \right)^2}\end{array} \right.\)  và tổng độ lệch pha (u,i) trong hai trường hợp \(\left| {{\varphi _1}} \right| + \left| {{\varphi _2}} \right| = \dfrac{\pi }{2}\)

2. Mạch RLC có L hoặc C thay đổi

3. Mạch RLC có \(f\) thay đổi

1. Nguyên lý tạo dòng điện xoay chiều

Cho khung dây N vòng quay đều với tốc độ n (vòng/s) trong từ trường đều \(\overrightarrow B \) vuông góc với trục quay, nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra dòng điện cảm ứng trên khung dây.

- Từ thông qua khung dây: \(\Phi  = {\Phi _0}cos\left( {\omega t + \varphi } \right)\) với \(\left\{ \begin{array}{l}{\Phi _0} = NBS\\\omega  = 2\pi n\end{array} \right.\)

- Suất điện động cảm ứng: \(e =  - \Phi ' = {E_0}cos\left( {\omega t + \varphi  - \dfrac{\pi }{2}} \right)\) với \({E_0} = \omega {\Phi _0} = \omega NBS\)

2. Máy phát điện xoay chiều 1 pha

* Cấu tạo

Máy phát điện xoay chiều 1 pha (còn gọi là máy dao điện) gồm 2 phần chính:

+ Phần cảm: Là nam châm dùng để tạo ra từ trường. Nam châm của phần cảm có thể là nam châm vĩnh cữu hoặc nam châm điện.

+ Phần ứng: Là khung dây dẫn dùng để tạo ra dòng điện.

Một trong hai phần cảm và phần ứng đứng yên, phần còn lại quay, bộ phận đứng yên gọi là stato, bộ phận quay gọi là rôto.

Từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên tuần hoàn với tần số \(f = np\) trong đó: n (vòng/s), p: số cặp cực.

 Nếu N (vòng/phút) thì tần số \(f = \dfrac{{Np}}{{60}}\)

3. Máy phát điện xoay chiều ba pha

Cấu tạo bên trong của máy phát điện xoay chiều 3 pha:

+ Stato: là 3 cuộn dây giống nhau gắn cố định trên một đường tròn lệch nhau một góc 120⁰

+ Roto: là một nam châm có thể quay quanh một trục cố định với tốc độ quay không đổi là \(\omega \)

Khi đó trên 3 cuộn dây xuất hiện 3 dòng điện xoay chiều có cùng tần số góc \(\omega \), cùng biên độ nhưng lệch pha nhau góc 120⁰, dòng điện sinh ra từ máy phát điện xoay chiều ba pha gọi là dòng ba pha.

4. Động cơ không đồng bộ

- Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay

- Biến đổi điện năng thành cơ năng

- Khung dây dẫn đặt trong từ trường quay sẽ quay theo từ trường đó với tốc độ góc nhỏ hơn của từ trường quay.

- Máy biến áp (không thay đổi tần số): 

\(\dfrac{{{U_2}}}{{{U_1}}} = \dfrac{{{N_2}}}{{{N_1}}}\xrightarrow{{máy\,lí \,tưởng}} = \dfrac{{{I_1}}}{{{I_2}}}\)

- Công suất cần truyền tải điện năng: \(P = UIcos\varphi \)

- Công suất hao phí: \(\Delta P\)

\(\Delta P = {I^2}R = \dfrac{{{P^2}R}}{{{{\left( {Ucos\varphi } \right)}^2}}}\)

Để khi đến nơi sử dụng thì mục tiêu là làm sao để giảm tải công suất tỏa nhiệt P để phần lớn điện năng được sử dụng hữu ích ta phải tăng U.

- Hiệu suất: \(H = \dfrac{{{P_{coich}}}}{P} = \dfrac{{P - \Delta P}}{P} = 1 - \dfrac{{\Delta P}}{P}\)