2.1.1.1. Nguyên tắc tạo ra dòng ựiện xoay chiều
Dòng ựiện xoay chiều xuất hiện trong vòng dây kắn khi ta quay vòng dây kắn ựó trong một từ trường ựều với vận tốc góc không ựổi ω.
Hình 2.1. Vòng dây kắn ựặt trong từ trường ựều
Khi quay vòng dây trong khoảng thời gian t > 0, từ thông qua mạch là:
Φ=NBScosωt. Theo ựịnh luật Faraday, suất ựiện ựộng cảm ứng xuất hiện trong vòng dây là: dΦ
e=- =NBSsinωt
dt . Nếu vòng dây kắn và có ựiện trở R thì cường ựộ
dòng ựiện qua vòng dây là: NBS i= sinωt
R . đặt 0
NBS I =
R . Ta ựược:i=I sinωt0 .
Như vậy nguyên tắc tạo ra dòng ựiện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng ựiện từ.
2.1.1.2.Các ựại lượng ựặc trưng của dòng ựiện xoay chiều
Cường ựộ dòng ựiện xoay chiều
- Dòng ựiện xoay chiều là dòng ựiện có cường ựộ biến ựổi ựiều hòa theo thời gian.Cường ựộ dòng ựiện xoay chiều có biểu thức i=Iocos(ωt+ϕi)
- Cường ựộ dòng ựiện hiệu dụng của dòng ựiện xoay chiều là ựại lượng có giá trị bằng cường ựộ của một dòng ựiện không ựổi, sao cho khi ựi qua cùng một ựiện
∆ ω α Br Br Br nr
trở R thì công suất tiêu thụ trong R bởi dòng ựiện không ựổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng ựiện xoay chiều nói trên. Cường ựộ dòng ựiện hiệu dụng có biểu thức là: I = I0
2
điện áp xoay chiều
- Hiệu ựiện thế biến ựổi ựiều hòa theo thời gian gọi là hiệu ựiện thế xoay chiều hay còn gọi là ựiện áp xoay chiều. điện áp xoay chiều có biểu thức u=Uocos(ωt+ϕu)
- điện áp hiệu dụng ựược xác ựịnh bởi biểu thức: U0
U= 2
Suất ựiện ựộng xoay chiều
- Suất ựiện ựộng biến ựổi ựiều hòa theo thời gian gọi là suất ựiện ựộng xoay chiều. Suất ựiện ựộng xoay chiều có biểu thức e=E0cos(ωt+ϕe)
- Suất ựiện ựộng hiệu dụng ựược xác ựịnh bởi biểu thức: E0
E= 2
2.1.1.3. độ lệch pha giữa ựiện áp tức thời và cường ựộ dòng ựiện tức thời.
độ lệch pha giữa ựiện áp tức thời ựối với cường ựộ dòng ựiện tức thời là:
ϕ = ϕu -ϕi
- Nếu φ > 0⇒ điện áp sớm pha hơn dòng ựiện.
- Nếu φ < 0⇒ điện áp trễ pha hơn dòng ựiện.
- Nếu φ = 0⇒ điện áp và dòng ựiện cùng pha.
2.1.1.4. đoạn mạch ựiện xoay chiều cơ bản
đoạn mạch ựiện xoay chiều chỉ có ựiện trở thuần u
i
R
Hình 2.2. Sơ ựồ ựoạn mạch ựiện xoay chiều chỉ có ựiện trở thuần
đặt vào hai ựầu ựoạn mạch chỉ có ựiện trở thuần R ựiện áp xoay chiều u=U0cos(ωt+φ) thì:
- Cường ựộ dòng ựiện tức thời là: i=I0cos(ωt+φ) - Cường ựộ dòng ựiện hiệu dụng là: I=U
R . Với ựiện trở R= l ρ
S
- độ lệch pha giữa ựiện áp tức thời và cường ựộ dòng ựiện tức thời trong mạch là: φ=0. Hay cường ựộ dòng ựiện tức thời trong mạch cùng pha với ựiện áp tức thời hai ựầu mạch.
- Giản ựồ véc tơ:
đoạn mạch ựiện xoay chiều chỉ chứa tụ ựiện u i
C
Hình 2.3. Sơ ựồ ựoạn mạch ựiện xoay chiều chỉ có tụ ựiện
đặt vào hai ựầu ựoạn mạch chỉ có tụ ựiện C hiệu ựiện thế xoay chiều
0
u=U cos(ωt+φ) thì:
- Cường ựộ dòng ựiện tức thời là: i = I c o s ( ω t + φ +0 π ) 2 - Cường ựộ dòng ựiện hiệu dụng là:
C U I= Z . Với dung kháng ZC= 1 Cω
- độ lệch pha giữa ựiện áp tức thời và cường ựộ dòng ựiện tức thời trong mạch là: φ=-π
2. Hay cường ựộ dòng ựiện tức thời trong mạch sớm pha π
2 so với ựiện áp tức thời hai ựầu mạch.
- Giản ựồ véc tơ: R I uur R U uuur (+) (+) C I uur C U uuur π - 2
đoạn mạch ựiện xoay chiều chỉ chứa cuộn dây thuần cảm u
i
L
Hình 2.4. Sơ ựồ ựoạn mạch ựiện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm
đặt vào hai ựầu ựoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm L hiệu ựiện thế xoay chiều u=U cos(ωt+φ) thì: 0
- Cường ựộ dòng ựiện tức thời là: i=I cos(ω t+φ-0 π ) 2 - Cường ựộ dòng ựiện hiệu dụng là:
L
U I=
Z . Với cảm kháng ZL=Lω
- độ lệch pha giữa ựiện áp tức thời và cường ựộ dòng ựiện tức thời trong mạch là: φ=+π
2. Hay cường ựộ dòng ựiện tức thời trong mạch trễ pha π
2 so với ựiện áp tức thời hai ựầu mạch.
- Giản ựồ véc tơ:
đoạn mạch ựiện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp u
i
R L C
Hình 2.5. Sơ ựồ ựoạn mạch ựiện xoay chiều có R, L, C nối tiếp
đặt vào hai ựầu ựoạn mạch có R, L, C nối tiếp hiệu ựiện thế xoay chiều
0 u u=U cos(ωt+φ ) thì: L Ur L I r π + 2 (+)
- Cường ựộ dòng ựiện tức thời là: i=I cos(ωt+φ ) 0 i - Cường ựộ dòng ựiện hiệu dụng là: I=U
Z . Với tổng trở Z= 2 ( )2 L C
R + Z -Z
- độ lệch pha giữa ựiện áp tức thời và cường ựộ dòng ựiện tức thời trong mạch là: φ=φu-φi. Với L C L C
R
U -U Z -Z
tanφ= =
U R
+ Nếu: ZL > ZC ⇒φ > 0: điện áp sớm pha hơn cường ựộ dòng ựiện. + Nếu: ZL < ZC ⇒φ < 0: điện áp trễ pha hơn cường ựộ dòng ựiện. + Nếu: ZL = ZC ⇒φ = 0: điện áp và cường ựộ dòng ựiện cùng pha. - Giản ựồ véc tơ:
+ Giả sử UC > UL (ZC > ZL):
+ Giả sử UC < UL (ZC < ZL):
2.1.1.5. Công suất của dòng ựiện xoay chiều
Trong ựoạn mạch ựiện xoay chiều khi có i = I0cosωt thì: - Công suất tiêu thụ tức thời có biểu thức là:
p = ui = 2UIcosωtcos(ωt+ ϕ) = UI[cosϕ + cos(2ωt+ ϕ)]
- Công suất tiêu thụ trung bình có biểu thức là: P=UIcosϕ. Trong ựó cosϕ ựược gọi là hệ số công suất.
O ϕ L Ur C Ur LC Ur R Ur Ur Ir O ϕ L Ur C Ur LC Ur R Ur Ur Ir (+) (+)
+ Các ựộng cơ, máy khi vận hành ổn ựinh, công suất trung bình ựược giữ không ựổi là: P = UIcosϕ, với cosϕ > 0⇒
ϕ c P I= UI os ⇒ ϕ 2 2 hp 2 c 2 P 1 P =rI =r U os . Nếu
cosϕ nhỏ thì công suất hao phắ sẽ lớn, ựó là ựiều ta cần tránh.
+ Tắnh hệ số công suất của mạch ựiện R, L, C nối tiếp cos =ϕ R Z
- Công suất tỏa nhiệt trung bình của dòng ựiện trong thời gian t là: P =
2 0
RI 2 - Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian t là: Q =
2 0
RI t 2