Lý thuyết vấn đề 3: DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. HIỆU ĐIỆN THẾ DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA 1. Từ thơng: ω ϕ ω ϕ Φ = + = Φ + 0 cos( ) cos( ) ( )BS t t Wb 2. Suất điện động tức thời: Φ = − = − Φ' d e N N dt ; 0 sin( ) ( ) sin( )e NBS t V E t ω ω ϕ ω ϕ = + = + 0 0 sin( ) cos( ) 2 e E t E t π ω ϕ ω ϕ = + = + − ; sin cos( ) 2 π α α = − 3. Hiệu điện thế tức thời: 0 cos( ) u u U t ω ϕ = + II. DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Cường độ dòng điện tức thời: ω ϕ = + 0 cos( ) (A) i i I t 2. Các giá trị hiệu dụng: 0 0 0 ; ; 2 2 2 I U E I U E= = = 3. Tần số góc của dòng điện xoay chiều: 2 2 (rad/s)f T π ω π = = Chú ý: Nếu dòng điện xoay chiều dao động với tần số f thì trong 1s đổi chiều 2 f lần. Nam châm điện được tạo ra bằng dòng điện xoay chiều dao động với tần số f thì nó rung với tần số ' 2f f= . Hoặc từ trường của nó biến thiên tuần hồn với tần số ' 2f f= 4. Các phần tử tiêu thụ điện a. Điện trở: ( )R Ω Định luật Ohm: 0 0 ; R R U IR U I R= = cùng pha với i: 0 R u ϕ = b. Cảm kháng: 2 ( ) L Z L L f ω π = = Ω Định luật Ohm: 0 0 ; L L L L U IZ U I Z= = nhanh pha với i: 2 L u π ϕ = c. Dung kháng: 1 1 ( ) 2 C Z C C f ω π = = Ω Định luật Ohm: 0 0 ; C C C C U IZ U I Z= = chậm pha với i: 2 C u π ϕ = 5. Đặc điểm đoạn mạch RLC nối tiếp: (L thuần cảm) a. Tổng trở: 2 2 ( ) L C Z R Z Z= + − b. Độ lệch pha (u so với i): : u sớm pha hơn i tan : u cùng pha với i : u trễ pha hơn i L C L C L C L C R L C Z Z Z Z U U Z Z R U Z Z ϕ > − − = = ⇒ = < c. Định luật Ohm: = = 0 0 ; U U I I Z Z d. Cơng suất tiêu thụ trên đoạn mạch: cos ; Hệ số công suất:cos R UR P UI Z U ϕ ϕ = = = Chú ý: Với mạch hoặc chỉ chứa L, hoặc chỉ chứa C, hoặc chứa LC khơng tiêu thụ cơng suất ( 0P = ) ω ω ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ω ω ϕ = = = − = − = = 0 0 u i 0 0 Nếu cos t thì cos( t+ ) ; Nếu cos t thì cos( t- ) i u i u i I u U u U i I e. Giản đồ véc tơ: Ta có: 0 0 0 0 R L C R L C u u u u U U U U = + + = + + uur uuur uuur uuur 0 U R uuur 0 U L uuur 0 U C uuur 0 U LC uuuur 0 U AB uuuur 0 I uur O i 0 U R uuur 0 U L uuur 0 U C uuur 0 U LC uuuur 0 U AB uuuur 0 I uur O i 0 U R uuur 0 U L uuur 0 U C uuur 0 U AB uuuur 0 I uur O i R L C • • X X 6. Liên hệ giữa các hiệu điện thế hiệu dụng trong đoạn mạch thuần RLC nối tiếp: Từ 2 2 ( ) L C Z R Z Z= + − suy ra 2 2 ( ) R L C U U U U= + − Tương tự 2 2 RL L Z R Z= + suy ra 2 2 RL R L U U U= + Tương tự 2 2 RC C Z R Z= + suy ra 2 2 RC R C U U U= + Tương tự LC L C Z Z Z= − suy ra LC L C U U U= − III. BÀI TỐN CỰC TRỊ 1. Hiện tượng cộng hưởng: Đk cộng hưởng 2 1 0 L C u i Z Z LC ω ϕ = = = thì min Max min I U U Z R Z R = ⇒ = = . Suy ra 2 2 min cos 1 Max M M U P I R UI R R Z ϕ = = = = = . Chú ý 0 0 0 0 R U U U I ↑↑ ↑↑ uuur uur uur uur 2. Khi , C không đổi; R thay đổiL : Cơng suất − = = ⇒ ⇔ + − + 2 2 2 2 min ( ) ( ) L C Max L C Z z U P I R P R Z Z R R R ϕ − − = − = = ⇒ = − = = = − 2 2 2 2 2 ax R ( ) ( ) Mà . ( ) const, nên 2 U suy ra ; cos khi đó U = 2 2 2 2 L C L C L C L C M L C Z z Z Z R Z Z R R R U U R Z Z P R Z Z 3. Khi , L không đổi; C thay đổiR : Hiệu điện thế 2 2 2 2 2 2 ( ) 2 1 C C L C L L C C C U U U IZ R Z Z R Z Z Z Z Z = = = + − + − + 2 2 2 1 Đặt ( ) 2 1 C L L x Z y R Z x Z x = = + − + . Khi đó = + − + ax 2 2 min 2 ( ) 2 ( 1) C M L L C C U U R Z Z Z Z Suy ra + = + = 2 2 2 2 ( ) L C L L C Max R Z Z Z U R Z U R 4. Khi , C không đổi; L thay đổiR : Hiệu điện thế 2 2 2 2 2 2 ( ) 2 1 L L L C C C L L L U U U IZ R Z Z R Z Z Z Z Z = = = + − + − + 2 2 2 1 Đặt ( ) 2 1 L C C x Z y R Z x Z x = = + − + . Khi đó = + − + ax 2 2 min 2 ( ) 2 ( 1) L M C C L L U U R Z Z Z Z Suy ra + = + = 2 2 2 2 ( ) C L C C L Max R Z Z Z U R Z U R 5. Liên quan độ lệch pha: a. Trường hợp 1: 1 2 1 2 tan .tan 1 2 π ϕ ϕ ϕ ϕ + = ⇒ = b. Trường hợp 1: 1 2 1 2 tan .tan 1 2 π ϕ ϕ ϕ ϕ − = ⇒ = − c. Trường hợp 1: 1 2 1 2 tan .tan 1 2 π ϕ ϕ ϕ ϕ + = ⇒ = ± IV. BÀI TỐN HỘP KÍN (BÀI TỐN HỘP ĐEN) 1. Mạch điện đơn giản: a. Nếu NB U cùng pha với i suy ra chỉ chứa 0 R b. Nếu NB U sớm pha với i góc 2 π suy ra chỉ chứa 0 L R L C • • R L C • •X • A N B X X X X X X X c. Nếu NB U trễ pha với i góc 2 π suy ra chỉ chứa 0 C 2. Mạch điện phức tạp: a. Mạch 1 Nếu AB U cùng pha với i suy ra chỉ chứa 0 L Nếu AN U và NB U tạo với nhau góc 2 π suy ra chỉ chứa 0 R Vậy chứa ( 0 0 , LR ) b. Mạch 2 Nếu AB U cùng pha với i suy ra chỉ chứa 0 C Nếu AN U và NB U tạo với nhau góc 2 π suy ra chỉ chứa 0 R Vậy chứa ( 0 0 , CR ) V. SẢN XUẤT VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 1. Dòng điện xoay chiều một pha, máy phát điện xoay chiều một pha: a. Suất điện động tức thời: ' d e dt Φ = − = −Φ ; π π ω ω ϕ ω ϕ = + − = + − 0 cos( ) ( ) cos( ) 2 2 e NBS t V E t b. Tần số dao động: ; n (voøng/s) ; n (voøng/phuùt) 60 f np np f = = ; Trong đó p là số cặp cực từ Chú ý: Một máy phát điện có 1 cặp cực từ muốn phát ra với tần số 50Hz thì phải quay với tốc độ 50 voøng/sn = ; có 10 cặp cực từ muốn phát ra với tần số 50Hz thì phải quay với tốc độ 5 voøng/sn = . Số cặp cực tăng lên bao nhiêu lần thì tốc độ quay giảm đi bấy nhiêu lần. 2. Dòng điện xoay chiều ba pha, máy phát điện xoay chiều ba pha: a. Dòng điện: Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều, được tạo ra bỡi ba suất điện động xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau từng đôi một một góc 2 3 π . Các biểu thức suất điện động: ω π ω π ω = = − = + 1 0 2 0 3 0 cos 2 cos( ) 3 2 cos( ) 3 e E t e E t e E t b. Cách mắc: Mắc sao 0 0 3 d p d p I I I U U = = = Mắc tam giác 3 d p d p I I U U = = 3. Máy biến thế, truyền tải điện năng: a. Máy biến thế: Biến đổi hiệu điện thế 1 1 2 2 U N k U N = = Biến đổi dòng điện 2 1 1 2 I N k I N = = b. Hao phí khi truyền tải: 2 2 2 maø cos P l P R R S U ρ ϕ ∆ = = 4. Hiệu suất: t r r v c v P P U H P P U = = = Chú ý: Các dạng mạch: RL nối tiếp, RC nối tiếp, RLC nối tiếp mà cuộn dây có điện trở trong về công thức tổng trở, định luật Ohm, độ lệch pha, hệ số công suất, liên hệ giữa các hiệu điện thế hiệu dụng, … R L • •X • A N B R C • • X• A N B . (rad/s)f T π ω π = = Chú ý: Nếu dòng điện xoay chiều dao động với tần số f thì trong 1s đổi chiều 2 f lần. Nam châm điện được tạo ra bằng dòng điện xoay chiều. uuuur 0 I uur O i R L C • • X X 6. Liên hệ giữa các hiệu điện thế hiệu dụng trong đoạn mạch thuần RLC nối tiếp: Từ 2 2 ( ) L C Z R Z Z= + − suy ra 2 2 ( )