2.1.2.1. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều xuất hiện trong vòng dây kín khi ta quay vòng dây kín đó trong một từ trường đều với vận tốc góc không đổi .Khi quay vòng dây trong khoảng thời gian t>0, từ thông qua mạch là: . Theo định luật Faraday, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây là: e= . Nếu vòng dây kín có điện trở R thì cường độ dòng điện qua vòng dây là: i= . Đặt . Ta được i= . Các ĐL đặc trưng K/N e,u i tức thời Cực đại Eo,Uo,Io Hiệu dụng E,U,I K/N L, C Cực đại Eo,Uo,Io Sản suất, biến đổi, truyền tải Dòng điện xoay chiều Mạch điện sơ cấp Công suất P R L C R,L,C nối tiếp Sản xuất Biến đổi Truyền tải
Máy phát điện XC1 pha
Máy phát điện XC3 pha
Động cơ điện XC Máy biến thế điện
Không dùng máy biến thế
Có dùng máy biến thế Độ lệch pha
Hình 2.2: Vòng dây kín đặt trong từ trường đều
Như nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
2.1.2.2. Các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều
v Cường độ dòng điện xoay chiều
- Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến đổi đổi điều hoàn theo thời gian. Cường độ dòng điện xoay chiều có biểu thức
i=I0 .
- Cường độ dòng điện 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 qua cùng một đện trở R thì công suất tiêu thụ trên R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trên R bởi dòng điện xoay chiều nói trên.
- Cường độ hiệu dụng có biểu thức là: I= . v Điện áp xoay chiều
- Hiệu điện thế biến đổi theo thời gian gọi là hiệu điện thế xoay chiều hay còn gọi là điện áp xoay chiều. ĐIện áp xoay chiều có biểu thức
u=U0 .
- Điện áp hiệu dụng được xác định bởi biểu thức : U= . v Suất điện động xoay
xoay chiều. Suất điện động xoay chiều có biểu thức e=E0 . - Suất điện động hiệu dụng được xác định bởi biểu thức: E= .
2.1.2.3. Độ lệch pha giữa điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời
Độ lệch pha giữa điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời là:
- Nếu Điện áp sớm pha hơn dòng điện.
- Nếu Điện áp trễ pha hơn dòng điện.
- Nếu Điện áp và dòng điện cùng pha.
2.1.2.4. Độ lệch pha giữa điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời
v Đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa điện trở thuần Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ chứa điện trở thuần R điện áp xoay chiều
u=U0 .
Cường độ dòng điện tức thời là :
i=I0 .
Cường độ dòng điện hiệu dụng là: I= với điện trở R= .
Độ lệch pha giữa điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời trong mạch là: . Hay cường độ dòng điện tức thời trong mạch cùng pha với
điện áp tức thời hai đầu mạch. Giản đồ vec tơ:
v Đoạn mạch xoay chiều chỉ chứa tụ điện
Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ chứa tụ điện C một hiệu điện thế xoay chiều u=U0 thì: - Cường độ dòng điện tức thời là : i=I0 . - Cường độ dòng điện hiệu dụng là: I= . - Độ lệch pha giữa điện áp tức
thời và cường độ dòng điện tức thời trong mạch là: . Hay cường độ dòng điện tức thời trong mạch sớm pha hơn so với điện áp tức thời hai đầu mạch.
- Giản đồ vec tơ:
v Đoạn mạch điện xoay chiều chỉ chứa cuộn dây thuần cảm.
Đặt vào hai đầu mạch điện chỉ chứa cuộn dây thuần cảm L hiệu điện thế xoay chiều u=U0 thì:
- Cường độ dòng điện tức thời là: i=I0 . - Cường độ dòng điện hiệu dụng là:
I= .
- Độ lệch pha giữa điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời trong mạch là: . Hay cường độ dòng điện tức thời trong mạch trễ pha hơn so với điện áp tức thời hai đầu mạch.
- Giản đồ vec tơ:
v Đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp.
Đặt vào hai đầu mạch điện có R, L, C nối tiếp một hiệu điện thế xoay chiều u=U0 thì:
- Cường độ dòng điện tức thời là: i=I0 .
- Cường độ dòng
điện hiệu dụng là: I= với tổng trở Z= .
- Độ lệch pha giữa
điện áp tức thời và cường độ dòng điện tức thời trong mạch là:
Với tan .
+ Nếu: : Điện áp trễ pha hơn cường độ dòng điện.
+ Nếu: : Điện áp và cường độ dòng điện cùng pha.
- Giản đồ vec tơ:
+ Giả sử :
+ Giả sử :
Trong đoạn mạch điện xoay chiều khi có i=I0 thì: - Công suất tiêu thụ tức thời thời có biểu thức là:
- Công suất tiêu thụ trung bình có biểu thức là: P=UIcos . Trong đó cos được gọi là hệ số công suất.
+ Các động cơ, máy khi vận hành ổn định, công suất trung bình được giữ không đổi là: P=Uicos , với cos >0 I= . Nếu
cos nhỏ thì công suất hao phí sẽ lớn, đó là điều ta cần tránh. + Tính hệ số công suất của mạch R, L, C nối tiếp cos .
- Công suất tỏa nhiệt trung bình của dòng điện trong thời gian t là P= . - Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian t là: Q = t.