Lý thuyết: Dòng điện xoay chiều

1 D. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Khái niệm dòng điện xoay chiều: Dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn theo thời gian theo quy luật hàm sin hay cosin: )cos( 0 i tIi ϕω += i là cường độ dòng điện tức thời, I 0 là cường độ dòng điện cực đại, ω là tần số góc, (ωt+ϕ i ) là pha của dòng điện, ϕ i là pha ban đầu của dòng điện. + Điện áp xoay chiều: ( ) u tUu ϕω += cos 0 u là điện áp tức thời, U 0 là điện áp cực đại, ω là tần số góc, (ωt+ϕ u ) là pha của điện áp, ϕ u là pha ban đầu của điện áp. + Độ lệch pha giữa điện áp và cường độ dòng điện ,u i u i ϕ ϕ ϕ = − 2. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều: + Nguyên tắc hoạt động: nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. + Qua khung dây kim loại trong từ trường. + Từ thông qua cuộn dây: φ = NBScosωt ⇒ Suất điện động cảm ứng: e = NBSωsinωt ⇒dòng điện xoay chiều : 0 cos( ) i i I t ω ϕ = + 3. Giá trị hiệu dụng : 2 I I 0 = ; 2 U U 0 = ; 2 E E 0 = Bài 2. CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Mạch điện chỉ có R 1. Mạch điện: 2. Nếu u = U 0 cos(ωt + ϕ u ) thì i = I 0 cos(ωt + ϕ i ) với ϕ i =ϕ u ; R U I 0 0 = 3. Nhận xét: u và i cùng pha. II. Mạch điện chỉ có C 1. Mạch điện: 2. Nếu i = I 0 cos(ωt + ϕ i ) thì u = U 0 cos(ωt + ϕ u ) với ϕ u =ϕ i - 2 π ; 0 0 C U I Z = ; Z C = 1 .C ω (dung kháng) 3. Nhận xét: u trễ pha i là 2 π hay i sớm pha u là 2 π . III. Mạch điện chỉ có L 1. Mạch điện: 2. Nếu i = I 0 cos(ωt + ϕ i ) thì u = U 0 cos(ωt + ϕ u ) với ϕ u =ϕ i + 2 π ; 0 0 L U I Z = ; Z L =ω.L (cảm kháng) 3. Nhận xét: u sớm pha i là 2 π hay i trễ pha u là 2 π . Bài 3. MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. Mạch có R,L,C mắc nối tiếp: 1. Mạch điện: C R B A L BA C A B L R C A B 2 2. Quan hệ giữa u và i: Nếu i=I 0 cos(ωt) thì u=U 0 cos(ωt+ϕ u,i ) U 0 =Z.I 0 ; , tan L C u i Z Z R ϕ − = 3. Tổng trở : 2 CL 2 )ZZ(RZ −+= 4. Định luật Ôm : 0 0 U U I I Z Z = → = 5. Điện áp hiệu dụng : ( ) 2 22 CLR UUUU −+= II. Cộng hưởng: Với mạch RLC nối tiếp khi Z L = Z C ⇔ LCω 2 = 1 thì + Dòng điện cùng pha với điện áp : ϕ = 0, cosϕ u,i = 1 + U = U R ; U L = U C . + Điện áp hai đầu đoạn mạch cùng pha với điện áp hai đầu điện trở. + Cường độ dòng điện hiệu dụng có giá trị cực đại : R U I max = Bài 4. CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT. 1. Công suất của mạch điện xoay chiều : + Công suất thức thời : p = ui + Công suất trung bình : P = UIcosϕ u,i + Điện năng tiêu thụ : W = P.t 2. Hệ số công suất : cosϕ u,i gọi là hệ số công suất + Mạch điện RLC nối tiếp : cosϕ u,i = Z R U U R = ( 0 ≤ cosϕ ≤ 1) + Công suất toả nhiệt trong mạch RLC: P=RI 2 Bài 5. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG + Điện năng được sản suất nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ nên phải tiêu thụ ngay. + Khi truyền tải điện năng có sự hao phí do toả nhiệt trên dây dẫn. + Công suất hao phí: - Công suất máy phát : P = U.Icosϕ u,i - Công suất hao phí : P hp = RI 2 = 2 2 2 , . cos u i P R U ϕ + Biện pháp làm giảm hao phí điện năng khi truyền tải: giảm R, tăng U, tăng cosϕ u,i + Hiệu suất truyền tải 100% hp P P H P − = Bài 6. MÁY BIẾN ÁP 1. Định nghĩa : MBA là thiết bị biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều. 2. Cấu tạo : + Lõi: là khung sắt non có pha silíc ( Lõi biến áp) U 0L U 0C U 0 U 0R U 0LC I 0 O (1) (2) (3) 3 + Dây quấn: là 2 cuộn dây dẫn quấn trên lõi. + Cuộn dây nối với nguồn điện gọi là cuộn sơ cấp; cuộn dây nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp. cấp 3. Nguyên tắc hoạt động : Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ 4. Công thức : + N 1 , U 1 , I 1 là số vòng dây, điện áp, cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp. + N 2 , U 2 , I 2 là số vòng dây, điện áp, cường độ dòng điện ở cuộn sơ cấp. 1 2 1 2 1 2 U I N U I N = = + Nếu N 2 > N 1 thì U 2 > U 1 : MBA là máy tăng áp. + Nếu N 2 < N 1 thì U 2 < U 1 : MBA là máy hạ áp. Bài 7. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Máy phát điện xoay chiều 1 pha: 1. Cấu tạo: - Phần cảm : Là nam châm tạo ra từ trường. - Phần ứng : là cuộn dây dẫn tạo ra dòng điện cảm ứng. 2. Nguyên tắc hoạt động: Nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. 3. Tần số dòng điện xoay chiều : f = pn Trong đó : p số cặp cực, n số vòng quay /giây II. Máy phát điện xoay chiều 3 pha : 1. Cấu tạo - Phần cảm: là 3 cuộn dây giống nhau gắn cố định trên một vòng tròn lệch nhau 2π/3. - Phần cảm: là một nam châm quay quanh tâm O của vòng tròn với tốc độ góc không đổi. 2. Nguyên tắc hoạt động: Nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi nam châm quay từ thông qua 3 cuộn dây biến thiên lệch pha 2π/3 làm xuất hiện 3 suất điện động xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ, lệch pha 2π/3 2. Cách mắc mạch ba pha: Mắc hình sao và hình tam giác 3. Điện áp: phadây U3U = Bài 8. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1. Nguyên tắc hoạt động: Nguyên tắc hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay. 2. Cấu tạo Stato: gồm 3 cuộn dây giống nhau đặt lệch 2π/3 trên 1 vòng tròn. Rôto: khung dây dẫn quay dưới tác dụng của từ trường ( có hai kiểu: rô to lồng sóc và rô to dây quấn) Bài tập: 1 B r 2 B r 3 B r (1) (2) (3) 4 Câu 1. Cho điện áp u=200cos(100πt+π/3) (V). Tìm điện áp hiệu dụng và tần số của điện áp. Câu 2. Cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần R=100Ω, điện áp tức thời hai đầu điện trở là u=80cos100πt (V). Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch và biểu thức tức thời dòng điện trong mạch. Câu 3. Cho mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện, điện dung C= 4 10 π − F, điện áp tức thời hai bản tụ điện là u=200cos100πt (V). Tìm dung kháng tụ điện và biểu thức tức thời dòng điện trong mạch. Câu 4. Cho mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm, độ tự cảm cuộn dây L=1/π (H), dòng điện trong mạch là i=2,0cos100πt (V). Tìm cảm kháng và biểu thức điện áp hai đầu mạch. Bài 5. Cho mạch điện gồm 3 phần tử mắc nối tiếp là điện trở R = 50Ω, cuộn dây thuần cảm L= π 2 1 H, tụ điện có điện dung C= π 4 10 − F. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều: u = 200cos(100πt) (V). Tìm 1. Tổng trở của mạch điện. 2. Tìm cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch. Bài 6. Cho mạch điện gồm 3 phần tử mắc nối tiếp là điện trở thuần R = 80Ω, cuộn dây có điện trở trong r =20Ω và độ tự cảm L = π 2 H, tụ điện có C = π 4 10 − F. Đặt giữa hai đầu đoạn mạch điện áp: u = 200 2 cos(100πt + π/6) (V). Tìm biểu thức dòng điện trong mạch. Bài 7. Một mạch điện không phân nhánh có điện áp: u = 200cos(100πt + π/3)(V), cường độ dòng điện trong mạch i= u = 2,0cos(100πt + π/6)(A). Tìm công suất của mạch. Bài 8. Một mạch điện không phân nhánh gồm 3 phần tử là điện trở R = 50 2 Ω, cuộn dây thuần cảm có hệ số tự cảm L = 2 1 π H và tụ điện có điện dung C = 2 10 4 π − F. Đặt giữa hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều: u = 400cos(100πt + π/3)(V). Tìm công cuất toả nhiệt của mạch. Câu 9: Một máy biến áp cuộn sơ cấp có 400 vòng, được mắc vào mạng điện 220V. Để lấy ra điện 12V thì số vòng dây của cuộn thứ cấp phải là bao nhiêu? Câu 10: Máy biến áp lý tưởng gồm cuộn sơ cấp có 120 vòng, cuộn thứ cấp có 480 vòng, nối với tải tiêu thụ. Khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp điện áp hiệu dụng 200 V, thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn thứ cấp là 2A. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn thứ cấp và cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn sơ cấp là bao nhiêu? Câu 11: Một máy phát điện xoay chiều có công suất 1000kW. Dòng điện nó phát ra sau khi tăng thế được truyền đi xa bằng một đường dây có điện trở 20 W . Công suất hao phí điện năng trên đường dây là bao nhiêu nếu điện áp đưa lên đường dây là 100kV? hệ số công suất truyền tải là 0,95 Câu 12: Một đường dây tải điện có điện trở 10Ω, công suất truyền tải trên dây 10KW. Điện áp hai đầu đường dây 5KV, hệ số công suất truyền tải là 1. 1. Tính công suất toả nhiệt trên đường dây đó. 2. Tính điện năng hao phí tính ra %. -----------Θ---------- . 1 D. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Khái niệm dòng điện xoay chiều: Dòng điện có cường độ biến thiên. độ dòng điện tức thời, I 0 là cường độ dòng điện cực đại, ω là tần số góc, (ωt+ϕ i ) là pha của dòng điện, ϕ i là pha ban đầu của dòng điện. + Điện áp xoay