ly thuyet chuong 3 dong dien xoay chieu

<span class='text_page_counter'>(1)</span>Chương III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Khái niệm về dòng điện xoay chiều - Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát: i = I0cos(t + i) - Trong đó: I0, ,  là hằng số. I0,  > 0 i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời). I0: cường độ cực đại. : tần số góc. 2  2 f  T (f: tần số, T: chu kì) (t + ): pha của i. i: pha ban đầu - Trong 1 chu kì dòng điện đổi chiều hai lần. Trong một giây dòng điện đổi chiều 2f lần. - Muốn tạo ra dòng điện xoay chiều thì phải có một hiệu điện thế xoay chiều (dao dộng diều hòa). II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều - Nguyên tắc: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. - Xét một cuộn dây dẫn dẹt, khép kín, quay đều (với tốc độ ) quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn  dây đặt trong từ trường đều B có phương  với trục quay. - Chọn gốc thời gian t = 0 lúc ( n ,  B )=0 - Lúc t bất kì, từ thông qua cuộn dây:  = NBScost với N là số vòng dây, S là diện tích mỗi vòng. -  biến thiên tuần hoàn theo thời gian t nên trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng biến thiên tuần hoàn: d e  NBS sin t E0 sint E NBS dt Với: 0 - Nếu cuộn dây kín có điện trở R thì trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều với tần số góc , cường độ dòng điện cho bởi: NBS i sint I 0 sin t NBS ω I 0= R Với: R III. Giá trị hiệu dụng - Cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ dòng điện không đổi sao cho khi đi qua cùng một điện trở R trong những khoảng thời gian như nhau thì tỏa ra nhiệt lượng bằng nhau. I0 - Cường độ dòng điện hiệu dụng I = √2 - Cường độ dòng điện hiệu dụng được xây dựng dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện. - Ngoài ra, đối với các đại lượng biến thiên điều hòa khác:. * Lưu ý: Số chỉ của vôn kế và ampe kế trong mạch là giá trị hiệu dụng: U và I..

<span class='text_page_counter'>(2)</span> Bài 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU - Khi điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu đoạn mạch: u = U0cos(t + u) Thì sinh ra cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch: i = I0cos(t + i) - Đại lượng  = u - i là độ lệch pha giữa u và i. + Nếu  > 0: u sớm pha so với i. + Nếu  < 0: u trễ pha so với i. + Nếu  = 0: u cùng pha với i. - Độ lệch pha  giữa u và i do tính chất của mạch quyết định. I. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở. R. - Đặt điện áp xoay chiều uR = U0cost vào hai đầu đoạn mạch chỉ có R thì cường độ dòng điện trong mạch là: U0 i I 0 cos t Với: I0 = R - uR cùng pha với i. Độ lệch pha giữa uR và i là:  = u - i = 0 C II. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện - Đặt điện áp xoay chiều uC = U0cost vào hai đầu đoạn mạch chỉ có C thì cường độ dòng điện trong mạch là:  1 U0 i I 0 cos(t  ) ZC  2 C Với : I0 = Z C ; - Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0 thì:.  ) 2 Và: - i nhanh pha /2 so với uC. Hay uC chậm pha /2 so với i. Độ lệch pha giữa uC và i là:  = u - i = - /2 - ZC gọi là dung kháng: + Có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều. + Dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì tác dụng cản trở của tụ (ZC) càng nhỏ, và ngược lại. + ZC cũng có tác dụng làm cho i sớm pha /2 so với u. u U0 cos(t . i I 0 cos t. L. III. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần. - Đặt điện áp xoay chiều uL = U0cost vào hai đầu đoạn mạch chỉ có L thì cường độ dòng điện trong mạch là: U  i I 0 cos(t  ) I0  0 2 L Với: ZL = L - i trễ pha /2 so với u, hoặc u sớm pha /2 so với i. Độ lệch pha giữa uL và i là:  = u - i = /2 - ZL gọi là cảm kháng của mạch, có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều. Dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì tác dụng cản trở của cuộn cảm (ZL) càng lớn, và ngược lại. Bài 14: MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. Định luật về điện áp tức thời Trong mạch xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng đoạn mạch ấy. u = u 1 + u2 + u 3 + … II. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp. A. R. L. C B.

<span class='text_page_counter'>(3)</span> - Điện áp đặt vào hai đầu đoạn mạch: u = U0cost = U 2 cost Z  R 2  ( Z L  ZC )2. - Tổng trở của mạch - Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện  Z L  ZC R Với: - Dòng điện trong mạch: tan  . hay. U  UC tan   L UR. U U I0  0 I  Z ; Z i = I0cos(t - ) = I 2 cos(t - ) Với: + Nếu ZL > ZC   > 0: u sớm pha so với i một góc . + Nếu ZL < ZC   < 0: u trễ pha so với i một góc . + Nếu ZL = ZC   = 0 : i cùng pha với u. Lúc này có hiện tượng cộng hưởng điện. (xem thêm ở bài 15: Hệ số công suất) * Lưu ý, có những cách viết: u=u R +u L +u C ;  U = U R + U L+ UC ;  U 0=  U 0 R + U 0 L+ U 0C U 2=U 2R + ( U L −U C )2 ; Trong đó: U = ZI ; UR = RI. U 0 =U 20 R + ( U 0 L −U 0 C )2 ; UL = ZLI ; UC = ZCI 2. Bài 15: CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU - HỆ SỐ CÔNG SUẤT I. Công suất của mạch điện xoay chiều 1. Công suất U 2 ) Z Với: U, I là điện áp hiệu dụng 2 đầu mạch và cường độ dòng điện hiệu dụng của đoạn mạch. cos là hệ số công suất của đoạn mạch. P = UIcos = RI2 = R(. 2. Điện năng tiêu thụ W = P.t = UIcos.t = RI2.t II. Hệ số công suất U R (0 cos 1) cos ϕ= R = U Z - Khi cos = 0 thì mạch không có điện trở R. - Khi cos = 1 thì mạch chỉ có điện trở R, hoặc RLC nối tiếp có cộng hưởng điện.. * Cộng hưởng điện: - Xáy ra khi: ZL = ZC hay: ω=. 1 √ LC. hay: ω2 LC = 1. - Lúc này: + Tổng trở cực tiểu: Z = R. + Hệ số công suất cực đại: cos = 1. + Dòng điện cùng pha với điện áp 2 đầu mạch: tan = 0   = 0. + Cường độ dòng điện cực đại: I = U/R U2 + Công suất cực đại: P = UI = RI2 = R + Hiệu điện thế đoạn mạch bằng hiệu điện thế hai đầu điện trở: U = U R; Điện áp hai đầu đoạn mạch cùng pha với điện áp hai đầu điện trở và u = uR..

<span class='text_page_counter'>(4)</span> + Hiệu điện thế trên tụ và cuộn cảm: UL = UC, uL  uC * Lưu ý: Đại lượng  trong cos cũng chính là  trong tan.. Bài 16: TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP I. Truyền tải điện năng đi xa - Công suất phát từ nhà máy: P = UIcos - Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây: P2 Php = rI2 = r 2 U cos 2 ϕ Với: P, U: công suất và điện áp nơi phát. r: điện trở dây dẫn (2 dây). cos ϕ là hệ số công suất của dây tải điện. - Muốn giảm hao phí ta phải: + Giảm điện trở dây dẫn r: tốn kém  không hiệu quả + Tăng hiệu điện thế nơi phát U: ít tốn kém  hiệu quả + Nâng cao hệ số công suất cos: mạng điện dân dụng có cos  0,85. Các động cơ (quạt, máy bơm, …) thường có cảm kháng nên mắc thêm tụ điện thích hợp để nâng cao cos. - Độ giảm điện áp trên đường dây tải điện: U = Ir - Hiệu suất truyền tải. H=. P− Php 100 % P. II. Máy biến áp Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều). 1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động a. Cấu tạo - Lõi sắt non ghép từ nhiều lá mỏng cách điện nhau (giảm dòng Fuco làm hao phí năng lượng). - Cuộn dây sơ cấp N1 vòng, nhận điện vào U 1 . - Cuộn dây thứ cấp N2 vòng, đưa điện ra U 2 . b. Nguyên tắc hoạt động - Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. - Đặt điện áp xoay chiều vào đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến thiên từ thông trong hai cuộn. - Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng. 2. Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp - Tỉ số điện áp luôn bằng tỉ số vòng dây ở hai cuộn dây. N 2 U2 = N 1 U1 - Nếu N1 < N2: máy tăng áp. Nếu N1 > N2: máy hạ áp. - Khi một máy biến áp ở chế độ không tải, thì nó hầu như không tiêu thụ điện năng. 3. Hiệu suất của máy biến áp P H  2 .100% P1. - Khi H = 100% thì:. U 2 I1 N 2   U1 I 2 N1. - Sự tổn hao điện năng trong một máy biến áp gồm có: + Nhiệt lượng Jun trong các cuộn dây. + Nhiệt lượng Jun sinh ra bởi dòng điện Fu-cô. + Toả nhiệt do hiện tượng từ trễ..

<span class='text_page_counter'>(5)</span> III. Ứng dụng của máy biến áp - Máy biến áp được sử dụng trong truyền tải điện năng. - Nấu chảy kim loại, hàn điện,…. Bài 17: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Máy phát điện xoay chiều một pha - Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, biến đổi cơ năng thành điện năng. - Cấu tạo: + Phần cảm tạo ra từ thông biến thiên bằng các nam châm. + Phần ứng gồm các cuộn dây. - Phần quay (roto) có thể là phần cảm hoặc phần ứng. Phần đứng yên là stato. - Khi roto quay với tần số n(vòng/s) thì làm từ thông qua cuộn dây biến thiên, sinh ra dòng điện xoay chiều có tần số: f np trong đó: p là số cặp cực. Nếu n(vòng/phút) thì f = pn 60 II. Hệ ba pha Hệ ba pha gồm máy phát ba pha, đường dây tải điện 3 pha, động cơ ba pha. 1. Máy phát điện xoay chiều 3 pha - Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, biến đổi cơ năng thành điện năng. - Cấu tạo: + Phần ứng (stato) gồm 3 cuộn dây giống nhau đặt lệch nhau 1200 trên đường tròn tâm O. + Phần cảm (roto) là nam châm có thể quay quanh trục qua O, tạo ra từ trường quay. - Khi roto quay đều với tần số , từ thông qua 3 cuôn dây biến thiên điều hòa tạo nên 3 suất điện động xoay chiều cùng tần sồ, cùng biên độ và lệch pha nhau 1200. e1 e0 2cos t 2 ) 3 2 2cos(t  ) 3. e2 e0 2cos(t  e3 e0. 2. Cách mắc mạch ba pha Trong mạch ba pha, các tải được mắc với nhau theo hai cách: hình sao (3 dây pha, 1 dây trung hòa), hình tam giác (3 dây pha). Điện áp giữa 2 đầu dây pha gọi là U d . Điện áp giữa 2 đầu cuộn dây gọi là U p . Dòng điện chạy trên dây pha là I p . Dòng điện chạy trên dây trung hòa là I 0 . Dòng điện chạy trong cuộn dây gọi là I p .  I d I p   I 0 0  U d  3U p. +Trong hình sao:  I d  3I p  Ud U p +Trong tam giác: . 3. Dòng ba pha Dòng ba pha là hệ ba dòng điện xoay chiều có cùng tần số, nhưng lệch pha với nhau 120 0 do máy phát 3 pha tao ra. Nếu các tải đối xứng thì ba dòng này có cùng biên độ..

<span class='text_page_counter'>(6)</span> 4. Những ưu việt của hệ ba pha - Truyền tải điện đi xa, tiết kiệm dây dẫn. - Cung cấp điện cho các động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp.. Bài 18: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I. Nguyên tắc chung của động cơ điện xoay chiều - Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, biến đổi điện năng thành cơ năng. - Tạo ra từ trường quay. - Đặt trong từ trường quay khung dây kín có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường. - Lúc này khung sẽ quay theo chiều quay của từ trường với tốc độ góc luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường. II. Cấu tạo cơ bản của động cơ không đồng bộ (tham khảo) - Gồm 2 bộ phận chính: + Rôto là khung dây dẫn quay dưới tác dụng của từ trường quay. + Stato là các cuộn dây cố định có dòng điện xoay chiều tạo nên từ trường quay. - Trong thực tế người ta dùng roto lồng sóc gồm nhiều khung dây có chung trục quay ghép thành hình trụ. Stato là 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200 trên vòng tròn, có dòng điện xoay chiều 3 pha tạo ra từ trường quay. Cảm ứng từ tổng hợp tại O có độ lớn B = 3/2 B0 và có đầu mút quay xung quanh O với tốc độ góc ..

<span class='text_page_counter'>(7)</span>