Vấn đề iCơ bản khi p h â n tíc h d ò n g đ i ộ n x o a y c h i ổ u là tỉm b iể u t h ứ c c ủ a b i ổ n
độ dòng điện I và góc lệch pha ộ tro n g biểu thức
i ?= Isỉnicot “ <p) (36-2)
■ khi cho lác dụng- m ột sđđ % %ưpim ot ten mạch điện -như- mạch- R L € -nối -tiếp-, vỗ trê n h ìn h 3 6 -? . Trong p:t. 3 6 -2 , h ằ n g s ố p h a (p là gđc m à dồng điện đi trơ ốc hoặc đi s a u so với s đđ t á c d ụ n g vào mạch.
Mach chi chứa mội linh kiện
Hiệu diện t h ế xọay chiểu ở hai đẩ u điện t r ở cồ b i ê n độ •=-, Ĩ R ; Dò ng điện đổng pha với hiệu điện thế. Với* tụ cíiộn, v c = I X C tronẹ dổ X q = 1/Ccư là d u n g k h á n g của tụ điện. Dòng điện sớm pha hơn hiệu điộn iliể m ộ t góc 90°. Với m ộ t cuộn cảm, Vj = IX p với X| = cưL là c ả m k h á n g của c u ộ n c ả m , dòng điện t r ễ p h a
hơn hiệu điện t h ế một góc 90°. Các kết q u ả n à y được lóm lắt t r ô n b à n g 3 0 — 3.
V ecíơ p h a
Vectơ pha là vectơ quay, m ột công cụ toán học m ạ n h để biểu diễn dòng điện và điện áp xoay chiểu (và các đại ỉượng khác cố liên quan đến pha). C h ú n g ta biểu diễn giá t r ị cực đại (biên độ) của các đại lượng xoay chiẽu b à n g m ộ t vectơ quay ngược c h iểu k im đ ổng hổ q u a n h gốc tọ a độ, với v ậ n tốc góc (V. H ìn h c h iếu c ủ a vectơ này trê n trụ c th ẳ n g đứ ng cho ta giá tr ị tức thời. Điện áp và d ò n g điện tro n g các linh kiện đơn giản R, L, c được biểu diễn bàng các vectơ pha trê n h ình 3 6 -3 , 3 6 -4 và 3 6 -5 ; cán nghiên cứu ki các hỉnh này.
Mạch RLC n ố i tiếp
Giàn đổ vectơ pha vẽ trê n hình 3 6 -6 b được thiết lập dựa t r ê n b ả n g 3 6 -1 , cho ta quan hệ giữa hiệu điện th ế và dòng điện trong mạch chứa ba linh kiện' R L C mác nối tiếp vẽ tr ê n hình 36-2. Quy tắ c m ạch điện kín cho phép ta vẽ vectơ pha cùa sđđ tro n g m ạch n h ư trê n hỉnh 36 -6 c , n h ữ n g suy luận dựa trô n h ìn h đó cho t a :
% %
I = m = = = = = __ = = (biên độ dòng điện) (36-22, 36-25) V/?2 + (XL - x c Ỷ ^ R l + (ojL - l / c<oý
và tg<p = — D—- (hàng số pha). (36-26)
H
N ếu định n g h ỉa tổ n g trở z của m ạch b ằn g :
z = yịRí j r (XL - X CY (tổng trở) (36-23) ta có th ể viết lại p.t. 3 6 -2 2 th à n h : I =
Cộng hường
P h ư ơ n g trìn h 3 6 - 2 5 là p.t. c ủ a d ư ờ n g cong cộng hưởng tr ê n hìn h 3 5 -6 . Cực đại của biên độ d ò n g điện xẩy r a khi X L = X c (điểu kiện cộng hưởng). Giá trị của nó bằng £ m//ỉ Gdc lệch p h a <p b à n g k hông khi cộng hưởng.
CôrtỊỊ suất
Trong m ạ ch R L C nối tiếp vẽ tr ê n h ỉn h 36-2, c ô n g s u ấ t t r u n g b ì n h ở lối ra của m áy p h á t p được cấp cho điện tr ở và tỏa r a dưới d ạ n g nhiệt.
p av = I 2 R = % rmíT I^mĩ^ . I T*ms.cosộ (công s u ấ t tru n g bỉnh) (3 6 -2 9 - 36-33) ò đây chỉ SỐ "rms" để chỉ giá trị t o à n p h ư ơ n g t r u n g b ì n h . Các giá trị toàn phương t r u n g bỉnh liên q u a n đến giá tr ị cực đại b ằ n g hệ th ứ c :
= m và %m s =
Vôn kế xoay chiéu và a m p e k ế xoay chiẽu cđ th a n g chia độ được chỉnh đ ể đọc th ẳ n g ra giá tr ị to à n phương t r u n g bình. Số h ạ n g cos<p tr o n g b iể u th ứ c ở t r ê n gọi là hệ sổ công s u ấ t.
Máy biến thế
Máy biến t h ế (xem n h ư m áy biến t h ế lí tưởng : hinh 3 6 -9 ) là một* lỗi sát, q u a n h đó cố cuốn m ộ t cuộn sơ cấp gổm N p vòng và m ột cuộn th ứ cấp có N s vòng ; Nếu cuộn sơ cáp được nổi với m áy p h á t đ iện xoay chiổu thì điện áp ở cuộn sơ cấp và th ứ cấp liên hệ với n h a u b àng hệ thức :
V = V ụV /Np) (biến đổi điện áp). (36-36)
Các dòng điện quan hệ với nhau bằng hệ th ứ c
/ s = /p (Np/AỤ (biến đổi dòng điện) và điện trở hiệu dụng của mạch, nhin từ phía máy p h á t là :
Rcq = WpW,)2 R (biến đổi điện trở), trong đó R là điện trở của mạch thứ cấp.
CÂU H Ỏ I
1 - Trong m ạch điện vẽ trên hình 36-2, tại sao lại được phép giả định rà n g a) dòng điện xoay chiểu trong p.t 36-2 có cùng t ấ n số góc co với sđđ xoay chiéu cho bởi p.t. 36-1 và b) góc lệch pha <p trong p.t. 3 6 - 2 khô ng th a y đổi th e o thời gian.
Điéu gỉ sẽ xầy ra nếu như một trong n h ữ n g điểu (đúng) ấy bây giờ là sai ?
2 - Vectơ pha khác vectơ như thế nào ? Ta biết r à n g các đại lượng n h ư sđđ, hiệu điện thế, và dòng điện chảng hạn đéu không phải là đại lượng vectơ. Tại sao ta lại cd th ể d ù ng cách vẽ như trên hlnh 3 6 -6 .
3 - Các lập luận tron g phấn 36-3 có ph ẩ n nào sai n ế u n h ư g iả n đổ vectơ pha quay theo chiéu kim đổng hổ m à không phải ngược chiéu kim đổng hổ như ta đà giả định ? Giải thích điểu đó.
4 - Cho r à n g tẩn số của điệri áp đặt vào m ạch R L C nổi tiếp th a y đổi liên tục Ịừ * giá ‘trị r ấ t nhỏ đến giá trị r ấ t lớn. Hỏi h ằ n g sổ pha th a y đổi n h ư th ế n*ào ?
5 - B ằng trự c giác bạn có cảm thấy là d u n g k h á n g (— l/Ccư) tỉ lệ nghịch với tấ n số gđc, còn cảm k háng (= coL) ti lệ th u ậ n với t ẵ n số gổc là hợp lí hay không ?
6 - Trong t h ế chiếrì II, ở nìột phòng nghiên cứu iớn ở MỈ m ộ t t r ạ m cùng cấp dòng điện xoay chiều phải đật cách xa phòng th í n ghiệm cờ m ộ t d ặ m hoặc hơn thế.
Một kĩ th u ậ t viên đâ tã n g tổc độ quay cùa m áy p h á t đỉện đ ể bù lại cái m à a n h ta goì là "sự m ẩ t tấ n số dọc theo đường truyển tải" từ t r ạ m p h á t điện đ ến phòng thí nghiệm. Bạn h ày bình luận vé lộp luận này.
7 - Biện luận bằng cách của riêng bạn, ý n g h ĩa của việc nđi d ò ng điện xòay chiẽu "sớm11 p ha hay "trễ" pha hơn sđđ xoay chiêu.
8 - Cho r ằ n g một mạch điện m ang tính cảm k h á n g n h iề u hơn tín h d u n g kháttg - như t a ‘đã ĩìđi tro n g phắn- 36-^4, - khi X L > x c . • • ; • • • • • • • ...
a) Có phải điéu đđ co nghỉa là ở tấn số góc đ ã định, L thì tư ơ n g đối lớn còn c tương đối nhò hay là cà hai đại lượng L và c đểu tư ơ n g đối lớn ?
b) Khi đã cho trước L và c , thỉ điều đđ cđ n g h ía là co tư ơ n g đối !ớn hay tư ơ n g
đói nhò ? *
9 - Làm t h ế nào để biết tấ n số của sđđ ở t r o n g m ạ c h R L C nổi tiếp là lớn hơr.
hay nhỏ h ơ r .tấr. số cộng hưởng ?
10 - P h á t biểu sau đây cố gì sai : "Nếu X L > Xq th ỉ t a phải có L > 1/C" ? (36-38) (36-37)
1 1 - Nếu áp dụng các quy tắc K irchoff (quy tác vé m ạch điện kín và n ú t điện) đối với điện m ột chiều cho m ạch điện xoay chiểu, thỉ ta phải th a y đổi chúng như t h ế nào ?
12 ' Các định lu ậ t về mạch điện kín và n ú t điện cd áp d ụ n g được đổng thời cho m ạn g điện xoay chiéu và m ột chiểu cđ nhiểu m á t hay kh ôn g ?
13 - Trong bài to á n m ẫ u 36-4, P av sẽ th a y đổi n hư t h ế nào khi t a tã n g a) R ; b) c ; c) L ? <p tro n g phươ ng trìn h 3 6 -3 3 thay đổi ra sao tro n g các q u á trìn h trê n ? 14 - Khi làm các t r ạ m p h á t điện để kinh doanh, các kỉ sư m o n g m u ố n đ ạ t được hệ số công s u ấ t th ấ p hay cao, hay là không quan tâ m gì đến nd ? hệ số công s u á t cò th ể n ầm tro n g k h o ả n g giá trị nào ? Cái gì qu yết định hệ số công s u ấ t : do đậc trư n g của máy p h á t ? do m ạch tru y ể n tài ? do m ạch nối vào đ ườ ng tr u y ề n tải hay do tác dụn g tổ hợp củ a c h ú n g ?
15 - Công s u ấ t tức thời của nguốn p h á t điện xoay chiẽu cổ bao giờ âm không ? Hệ số công s u ấ t cơ bao giờ âm không ? Nếu cđ hãy giải thlch ý n g h ía của giá trị âm ấy.
16 - Một sđđ cu n g cấp dòng điện ở m ột tấ n số riê n g vào m ạ c h R L C nối tiếp.
Bây giò giám t ẩ n số đi m ộ t chút. Hỏi tổn g trở to à n p h á n của m ạ c h tă n g hay giảm hay giừ nguyên không đổi.
17 - N ếu b ạ n chỉ b iế t hệ số công s u ấ t ( = COS0 t r o n g p h ư ơ n g t r ì n h 3 6 - 3 3 ) tr o n g một mạch R L C, bạn cơ t h ể nổi được hay không r à n g sđđ xoay chiểu sớm pha hay trễ pha hơn dòng điện ? N ếu bảo là được thỉ ndi rỗ b ằ n g cách n ào ? Còn nếu bào không thì giải thích tại sao ?
18 ' Miền giá trị cho phép của h ằ n g số p ha <p tro n g p.t. 3 6 - 2 là bao nhiêu ? của hệ số công s u ấ t tr o n g p.t. 3 6 -3 3 là bao nhiêu ?
19 - Tại sao dùng giá trị to à n phương t r u n g bỉnh cho dòng điện và điện áp xoay chiéu lại tiện lợi ?
20 - Bạn1 muốn ìàm giằm tién điện h à n g th á n g . Vậy bạn c ẩn hệ số công s u ấ t th ă p hay cao, hay là t h ế nào cũng được ? Cổ cách nào đ ể làm giảm tiể n điện hay không ? Hăy biện luận vể việc đổ.
21 - Trong phư ơ ng t r ì n h 36-33, 0 là gdc lệch p h a giữa %(t) và i(t) hay giữa và / ms. Giài th íc h lậ p l u ậ n cù a bạn.
22 - Biến t h ế d ù n g cho chuông điện được th iế t k ế ctí lối vào sơ cấp cố điện áp 120V và lối ra thứ cấp C(5 điện áp là 6V. Điêu gì sẽ xẩy r a n ếu khi láp đ ặ t t a mác n h ẩ m lối vào và lối ra. Cổ nên đợi m ộ t người nào đó b ấm ch u ô n g đ ể đoán n h ậ n
hay không ? H ãy giải thích.
23 - Người ta cho b ạ n m ột biến t h ế đđng tro n g m ột hộp gỗ. Lối vào cuộn sơ cấp và thứ cấp láp ở hai m ặ t đổi diện của hộp. B ằng cách nào cđ th ể xác định được tỉ sổ các số vòng dây m à không c ấ n mở hộp ra ?
24 - Trong biến t h ế vẽ trê n hỉnh 3 6 -9 , với cuộn th ứ cấp hở m ạch , hãy tlm quan hệ vé pha giữa : a) sđđ đ ặ t vào biến t h ế và dòng tro n g cuộn sơ cấp. b) sđđ đật vào biến t h ế và từ t r ư ờ n g tro n g lỗi biến t h ế và c) dòng điện t r o n g cuộn sơ cấp và từ trư ờng tro n g lõi biến thế.