Lý thuyết chương Dòng xoay chiều
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (131.86 KB, 7 trang )
Chương III: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
I/ Mạch điện xoay chiều:
1/ Định nghĩa, biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp tức thời:
- Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian:
i = I
0
cos(ωt + φ
i
)
i là giá trị cường độ dòng điện tại thời điểm t = cường độ tức thời.
I
0
> 0 là giá trị cực đại của i = Cường độ cực đại.
ω > 0 là tần số góc của dòng điện.
(ωt + φ
i
) là pha của i tại thời điểm t
φ
i
là pha ban đầu của cường độ dòng điện.
- Điện áp xoay chiều (hay hiệu điện thế xoay chiều) biến thiên điều hòa theo thời
gian:
u = U
0
cos(ωt + ϕ
u
)
u là giá trị điện áp tại thời điểm t: điện áp tức thời.
U
0
>0 là giá trị cực đại của u: Điện áp cực đại.
ω > 0 là tần số góc.
(ωt + φ
u
) là pha của u tại thời điểm t
φ
u
là pha ban đầu của điện áp u.
- Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i: ϕ = ϕ
u
− ϕ
i
Thường gặp:
- Nếu i = I
0
cosωt thì u = U
0
cos(ωt + ϕ
)
- Nếu u = U
0
cosωt thì i = I
0
cos(ωt − ϕ
)
Với ϕ > 0: u nhanh pha hơn i ( i chậm pha hơn u )
Với ϕ < 0: u chậm pha hơn i ( i nhanh pha hơn u )
Với ϕ = 0: u cùng pha với i
- Chu kì của dòng điện xoay chiều: T =
2π
ω
.
- Tần số dòng điện: f =
1
T
.
2/ Định nghĩa cường độ hiệu dụng I của dòng điện xoay chiều: Cường độ hiệu dụng
của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện
không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi
dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điện
xoay chiều nói trên.
+ Giá trị hiệu dụng bằng giá trị cực đại chia cho
2
.
Suất điện động hiệu dụng
0
E
E
2
=
;
1
Điện áp hiệu dụng
0
U
U
2
=
;
Cường độ dòng điện hiệu dụng
0
I
I
2
=
3/ Các mạch điện xoay chiều chỉ chứa R, hoặc cuộn thuần cảm L, hoặc tụ điện C:
Mạch Các công thức tính
điện trở, giản đồ
Fresnel
Độ lệch pha giữa u và i
Biểu thức u & i
Định luật
Ohm
Công suất & Hệ
số công suất
R
ϕ = 0 : u cùng pha với i
+ Biểu thức u & i
Nếu u = U
0
cosωt
thì i = I
0
cosωt
U
I
R
=
P = UI
P = I
2
R
cosϕ = 1
L
Z
L
= ωL: Cảm kháng
ϕ =
2
π
: u luôn luôn
nhanh pha hơn i một
lượng
2
π
+ Biểu thức u & i
- Nếu u = U
0
cosωt
thì i = I
0
cos(ωt −
2
π
)
- Nếu i = I
0
cosωt
Thì u = U
0
cos(ωt +
2
π
)
L
U
I
Z
=
P = 0
cosϕ = 0
C
Z
C
=
1
C
ω
Dung kháng
ϕ = −
2
π
: u luôn luôn
chậm pha hơn i một
lượng
2
π
+ Biểu thức u & i
- Nếu u = U
0
cosωt
thì i = I
0
cos(ωt +
2
π
)
- Nếu i = I
0
cosωt
thì u = U
0
cos(ωt −
2
π
)
C
U
I
Z
=
P = 0
cosϕ = 0
2
C
R
U
r
I
r
I
r
L
U
r
I
r
C
U
r
4/Các dạng mạch mắc nối tiếp:
Mạch Các công thức tính
tổng trở và điện áp,
giản đồ Fresnel
Độ lệch pha giữa u và i
Biểu thức u & i
Đ/L Ohm Công suất & Hệ
số công suất
R
nt
L
22
L
ZRZ
+=
( Z
L
= ωL: cảm kháng)
2 2 2
R L
U U U= +
tg
R
Z
L
=
ϕ
ϕ > 0 : u nhanh pha
hơn i
+ Biểu thức u & i
- Nếu u = U
0
cosωt
thì i = I
0
cos(ωt − ϕ)
- Nếu i = I
0
cosωt
thì u = U
0
cos(ωt + ϕ)
Z
U
I
=
P = UIcosϕ
P = I
2
R
cosϕ = R/Z
R
nt
C
22
C
ZRZ
+=
Z
C
=
1
C
ω
Dung kháng
2 2 2
R C
U U U= +
tg
R
Z
C
−=
ϕ
ϕ < 0 : u luôn luôn
chậm pha hơn i
+ Biểu thức u & i
- Nếu u = U
0
cosωt
thì i = I
0
cos(ωt − ϕ)
- Nếu i = I
0
cosωt
thì u = U
0
cos(ωt + ϕ)
Z
U
I
=
P = UIcosϕ
P = I
2
R
cosϕ = R/Z
L
nt
C
2
)(
CL
ZZZ
−=
=
CL
ZZ
−
Z
L
> Z
C
⇒ u nhanh pha
hơn i một lượng π/2.
Z
L
< Z
C
⇒ u chậm pha
hơn i một lượng π/2
Nếu u = U
0
cosωt
thì i = I
0
cos(ωt
m
π/2)
Z
U
I
=
P = 0
cosϕ = 0
3
L C
R
U
r
C
U
r
U
r
L
U
r
C
U
r
U
r
U
r
L
U
r
C
U
r
U
r
L
U
r
R
U
r
L C
U U U= −
Nếu i = I
0
cosωt
thì u = U
0
cos(ωt ± π/2)
R
nt
L
nt
C
22
)(
CL
ZZRZ
−+=
2 2 2
( )
R L C
U U U U= + −
R
ZZ
tg
CL
−
=
ϕ
Z
L
> Z
C
: u nhanh pha
hơn i một lượng là ϕ.
Z
L
<
Z
C
: u chậm pha
hơn i một lượng là ϕ.
Z
L
= Z
C
: u cùng pha
với i.
Nếu u = U
0
sinωt
thì i = I
0
sin(ωt − ϕ)
Nếu i = I
0
sinωt
thì u = U
0
sin(ωt + ϕ)
Z
U
I
=
P = UIcosϕ
P = I
2
R
cosϕ = R/Z
R
nt
(L,r)
nt
C
22
)()(
CL
ZZrRZ
−++=
2 2 2
( ) ( )
R r L C
U U U U U
= + + −
rR
ZZ
tg
CL
+
−
=
ϕ
Z
L
> Z
C
:u nhanh pha
hơn i.
Z
L
<
Z
C
: u chậm pha
hơn i.
Z
L
= Z
C
: u cùng pha
với i.
Nếu u = U
0
sinωt
thì i = I
0
sin(ωt − ϕ)
Nếu i = I
0
sinωt
Z
U
I
=
P = UIcosϕ
P = I
2
R
cosϕ =
Z
rR
+
4
U
r
L
U
r
R
U
r
L C
U U
+
r r
C
U
r
U
r
L
U
r
R
U
r
L C
U U
+
r r
C
U
r
L R C
L,r R C
thì u = U
0
sin(ωt + ϕ)
Lưu ý các trường hợp mạch ghép R hoặc L hoặc C:
R = R
1
+ R
2
Z
C
= Z
C1
+ Z
C2
Z
L
= Z
L1
+ Z
L2
5/ Hiện tượng cộng hưởng:
Khi R không đổi, nếu cường độ dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại thì trong
mạch có sự cộng hưởng.
+ Điều kiện để có cộng hưởng :
LC
1
2
=
ω
hay Z
L
= Z
C
.
+ Khi có cộng hưởng thì :
- Tổng trở Z
min
= R
- Cường độ dòng điện trong mạch đạt giá trị cực đại I
max
=
U
R
,
⇒ công suất điện tiêu thụ của mạch đạt cực đại
2
axm
U
P
R
=
- ϕ = 0: Điện áp u hai đầu mạch cùng pha với cường độ dòng điện i .
-
0
L C
U U+ =
r
r r
, U
L
= U
C
, U
R
= U .
II/Sản xuất và truyền tải điện năng:
1/ Máy biến áp
a/ Định nghĩa: Máy biến áp là những thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều mà không
làm thay đổi tần số.
b/Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
c/ Cấu tạo: Máy biến áp gồm cuộn sơ cấp có N
1
vòng dây, cuộn thứ cấp có N
2
vòng
dây, được quấn trên cùng một lõi biến áp (khung sắt non pha silic).
d/ Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện:
+ Nếu điện trở của các cuộn dây có thể bỏ qua thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu
mỗi cuộn dây tỉ lệ với số vòng dây:
2 2
1 1
U N
U N
=
.
-
2
1
N
N
> 1: Máy tăng áp;
2
1
N
N
< 1: Máy hạ áp.
+ Nếu điện năng hao phí không đáng kể thì cường độ dòng điện qua mỗi cuộn
dây tỉ lệ nghịch với điện áp hiệu dụng ở hai đầu mỗi cuộn:
2 1
1 2
U I
U I
=
.
5
R
1
R
2
