Bài giảng Vật Lý 12. Bài 12 Động cơ điên xoay chiều

1 Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện hình sin. Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin. Biểu diễn dòng điện hình sin bằng Vec tơ. Dòng diện hình sin trong các đoạn mạch. Công suất của dòng điện hình sin. Nâng cao hệ số công suất cosφ Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức. Bài 2: Dòng điện hình sin 2 Dòng điện hình sin là dòng điện xoay chiều biến đổi theo hàm sin của thời gian. • i, u: trị số tức thời • I max, U max : trị số cực đại • ω: tần số góc ( );( ) : i u t t ω ψ ω ψ + + g góc pha ; : i u ψ ψ g pha đầu, là pha ở thời điểm t = 0 U max u i ωt O u, i ψ i ψ u 2π • T: chu kỳ → ωT = 2π a) Định nghĩa: b) Các thông số đặc trưng: max i i I sin( t ) = ω +ψ (2-1) ax sin( ) m u u U t ω ψ = + (2-2) Bài 2: Dòng điện hình sin 3 c) Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện: φ < 0: điện áp chậm sau dòng điện φ > 0: điện áp vượt trước dòng điện φ = 0: điện áp trùng pha dòng điện u i ϕ ψ ψ = − • f: tần số: 1 2 f T ω π = = Tần số dòng điện xoay chiều trong công nghiệp: 50 2 .50 314 /= → = =f Hz rad s ω π  Nếu u = U max sinωt thì i = I max sin(ωt – φ)  Nếu i = I max sinωt thì u = U max sin(ωt + φ) Bài 2: Dòng điện hình sin 4 i I R Tác dụng nhiệt, lực của dòng điện hình sin: 2 p i R= Định nghĩa: Cho dòng điện không đổi I và dòng điện hình sin i = I max sinωt lần lượt qua điện trở R. Ta nói I là giá trị hiệu dụng của i nếu chúng tỏa ra một nhiệt lượng như nhau trong cùng một khoảng thời gian trên R. 2 2 0 0 T T I Rdt i Rdt= ∫ ∫ 2 0 1 T I i dt T → = ∫ ax 2 m I I→ = (2-3) Tương tự: ax ax ; 2 2 m m U E U E= = (2-4) Bài 2: Dòng điện hình sin Trị số tức thời viết theo giá trị hiệu dụng: 2 sin( ) 2 sin( ) i u i I t u U t ω ψ ω ψ = + = + (2-5) (2-6) 5 Bài 2: Dòng điện hình sin Một Vec tơ sẽ hoàn toàn xác định khi biết: - Điểm đặt - Độ lớn (mô đun) - Phương, chiều a. Cách biểu diễn I 2 sin( )i t ω ϕ = + I(I, )i ϕ → r Một đại lượng hình sin có thể biểu diễn bằng một Vec tơ với quy ước: - Điểm đặt tại gốc tọa độ - Giá trị hiệu dụng bằng độ lớn Vec tơ - Góc pha đầu bằng góc của Vec tơ hợp với trục Ox 6 Bài 2: Dòng điện hình sin b. Hai định luật Kiêchop  Định luật KiecHop 1: I 0 = ∑ r  Định luật KiecHop 2: U E= ∑ ∑ ur ur c. Ví dụ 1 5 2 sin( 30 ) o i t= ω + 2 8 2 sin( 60 ) o i t = ω − Tính i = i 1 + i 2 Biểu diễn: 1 1 I (5,30 ) o i → r 2 2 I (8, 60 ) o i → − r 1 2 I I I I( , )I= + = ϕ r r r r I 2 sin( )i t→ = ω + ϕ 7 a. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện trở * Mối quan hệ giữa u và i: 4. Dòng điện hình sin trong các đoạn mạch Cho dòng điện xoay chiều i đi qua đoạn mạch thuần trở: I 2 sini t = ω Điện áp trên điện trở là: R = Ri = RI 2sinωt = U 2sinωtu  Pha: Dòng điện và điện áp cùng tần số và trùng pha nhau Bài 2: Dòng điện hình sin  Giá trị hiệu dụng: U = R.I (2-5) 8 a. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện trở 4. Dòng điện hình sin trong các đoạn mạch * Công suất:  Công suất tác dụng: Ta thấy p R ≥ 0 , nghĩa là điện trở R liên tục tiêu thụ điện năng của nguồn và biến đổi sang dạng năng lượng khác.  Đơn vị: W, kW Bài 2: Dòng điện hình sin 2 2 R 0 0 1 1 P = 2U Isin I R T T T T R p dt tdt ω = = ∫ ∫ (2-6)  Công suất tức thời: 2 2UIsin 0 R R p u i t ω = = ≥ 9 b. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện cảm 4. Dòng điện hình sin trong các đoạn mạch Cho dòng điện xoay chiều i đi qua đoạn mạch thuần cảm: I 2 sini t = ω Điện áp trên điện cảm là: max max Lmax d(I sinωt) diπ π (t) = L = L = ωLI sin(ωt+ )= U sin(ωt+ ) dt dt 2 2 L u Bài 2: Dòng điện hình sin Trong đó: max ax L ax U LI X I L m m = = ω X L L= ω :cảm kháng (Ω) * Mối quan hệ giữa u và i:  Giá trị hiệu dụng: U L = X L .I (2-6)  Pha: Dòng điện và điện áp có cùng tần số song điện áp vượt trước dòng điện một góc π/2. 10 b. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện cảm 4. Dòng điện hình sin trong các đoạn mạch Bài 2: Dòng điện hình sin  Công suất tức thời:  Công suất tác dụng: L L 0 1 P ( ) p ( ) 0 T t t dt T = = ∫ max ax max ax L 1 ( ) = = U I sin( ) U I sin 2 U Is 2 2 2 L L L m L m p t u i t t in t+ = = π ω ω ω (2-8) Để biểu thị cường độ quá trình trao đổi năng lượng của điện cảm ta đưa ra khái niệm công suất phản kháng Q L của điện cảm: 2 L L L Q = U I = X I (2-9)  Đơn vị: VAr, kVAr * Công suất: [...]... PC = ∫ pC (t ) dt = 0 T0 Để biểu thị cường độ quá trình trao đổi năng lượng của điện dung, ta đưa ra khái niệm công suất phản kháng QC của điện dung QC = − U C I = −X C I 2 (2 -12)  Đơn vị: VAr, kVAr Bài 2: Dòng điện hình sin 12 4 Dòng điện hình sin trong các đoạn mạch d Dòng điện hình sin trong nhánh R – L – C nối tiếp Khi có dòng điện i = I 2 sin ωt qua nhánh R-L-C nối tiếp sẽ gây ra những điện áp... L -X C ) 2 = Iz R 2 2 Trong đó: z = R +(X L -X C ) tổng trở mạch (Ω) Đặt : X = XL -XC: điện kháng (Ω) → z = R 2 +X 2 → z 2 = R 2 +X 2 Bài 2: Dòng điện hình sin (2 -12) 13 4 Dòng điện hình sin trong các đoạn mạch d Dòng điện hình sin trong nhánh R – L – C nối tiếp Từ (2 -12) ta thấy R, X, z là ba cạnh của một Δ vuông gọi là Δ tổng trở Từ tam giác tổng trở ta tính được góc lệch pha φ * Mối quan hệ giữa...4 Dòng điện hình sin trong các đoạn mạch c Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện dung Cho dòng điện xoay chiều i đi qua đoạn mạch thuần dung: i = I 2 sin ωt Điện áp trên điện dung là: 1 1 1π π idt = ∫ I max sinωtdt = I max sin(ωt- ) = U Cmax sin(ωt - ) C∫ CωC 2 2 U 1 U Cmax = I max =X C I max → U C = Cmax... ta có: hoặc : 2 P =∑ R n In (2-14b) trong đó: Rn, In là điện trở, dòng điện của mỗi nhánh Công suất tác dụng P đặc trưng cho hiện tượng biến đổi điện năng sang dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng,… Bài 2: Dòng điện hình sin 15 5 Công suất của dòng điện hình sin b Công suất phản kháng Q Để đặc trưng cho cường độ quá trình trao đổi năng lượng điện từ trường, người ta đưa ra khái niệm công suất... kVAr Bài 2: Dòng điện hình sin 16 5 Công suất của dòng điện hình sin c Công suất biểu kiến S Công thức tính: S = UI (2-16) S nói lên khả năng của thiết bị Trên nhãn của các loại máy điện, người ta ghi công suất biểu kiến của chúng Đơn vị: VA, kVA * Mối quan hệ giữa các loại công suất S = P 2 +Q 2 P = Scosϕ Q = Ssin ϕ Quan hệ giữa S, P, Q được mô tả bằng một tam giác vuông, gọi là tam giác công suất Bài. .. niệm cơ bản về mạch điện • 24 7 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức d) Hai định luật Kiêc hôp • Ue jψ u U j (ψ u −ψ i ) = ze jϕ Dạng mũ tổng trở phức là: Z = • = jψ i = e Ie I I Dạng đại số: Z = ze jϕ = z cos ϕ + jz sin ϕ = R + jX *Tổng U dẫn phức Tổng dẫn phức được định nghĩa là: Y= hoặc: Y= 1 1 − jϕ = e = ye − jϕ Z z 1 R X = 2 2 − j 2 2 = g − jb R+jX R +X R +X Chương 1: Các khái niệm cơ bản... cộng hưởng điện áp, dòng điện I = U/R cực đại XL > XC →φ > 0: u vượt trước i góc φ, mach có tính chất điện cảm Pha: Góc lệch pha φ: tgϕ = XL < XC →φ < 0: u chậm sau i góc φ, mach có tính chất điện dung Bài 2: Dòng điện hình sin 14 4 Công suất của dòng điện hình sin Khi biết dòng điện I, điện áp U, góc lệch pha φ giữa điện áp và dòng điện ở đầu vào, hoặc biết các thông số R, L, C của các nhánh a Công... vốn đầu tư  Dòng điện lớn nên tổn thất trên đường dây sẽ lớn Như vậy hệ số công suất của mạch càng lớn sẽ tăng được khả năng sử dụng công suất nguồn và tiết kiệm dây dẫn, giảm tổn hao trên đường dây Bài 2: Dòng điện hình sin 18 6 Hệ số công suất cosφ b) Biện pháp nâng cao hệ số công suất Trong sinh hoạt và trong công nghiệp tải thường có tính chất điện cảm nên cosφ thấp Để nâng cao cosφ ta dùng tụ... công suất của mạch là cosφ1 của tải Khi có bù , dòng điện trên đường dây I là: r r r I = I1 + IC Từ đồ thị ta thấy dòng điện I trên đường dây giảm, và cosφ tăng lên: I < I1 , ϕ < ϕ1 và cos ϕ > cos ϕ1 Bài 2: Dòng điện hình sin 19 6 Hệ số công suất cosφ b) Biện pháp nâng cao hệ số công suất Công suất phản kháng của mạch là:  Lúc chưa bù chỉ có công suất Q1 của tải: Q1 = Ptgϕ1  Lúc có bù, hệ số công... → Q = Q1 + QC = Ptg ϕ1 + QC = Ptg ϕ QC = − U C I C = − U.UωC = − U 2ωC 2 → − UωC = − tgϕ1 − tgϕ P( ) Để nâng hệ số công suất của mạch từ cosφ nên cosφ1, P giá trị điện dung C là: C= (tgϕ1 − tgϕ ) 2 ωU Bài 2: Dòng điện hình sin 20 7 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức a) Cách biểu diễn & Một số phức Z =a+ j.b 2 2 Đặc trưng bởi:  Mô đun: C = a + b  Argument: φ = arctg b/a Hai dạng biểu diễn của . hệ số công suất cosφ Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức. Bài 2: Dòng điện hình sin 2 Dòng điện hình sin là dòng điện xoay chiều biến đổi theo hàm sin của thời gian. • i, u: trị số tức. số dòng điện xoay chiều trong công nghiệp: 50 2 .50 314 /= → = =f Hz rad s ω π  Nếu u = U max sinωt thì i = I max sin(ωt – φ)  Nếu i = I max sinωt thì u = U max sin(ωt + φ) Bài 2: Dòng điện. dòng điện xoay chiều i đi qua đoạn mạch thuần trở: I 2 sini t = ω Điện áp trên điện trở là: R = Ri = RI 2sinωt = U 2sinωtu  Pha: Dòng điện và điện áp cùng tần số và trùng pha nhau Bài 2: Dòng