dòng điện xoay chiều LTDH

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều: - Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ - Cấu tạo: quay đều khung dây diện tích S trong từ trường không đổi với vận tốc góc ω Bur Từ thông qu

CHUYÊN ĐỀ 3:

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU và DAO ĐỘNG ĐIỆN TƯ Ø

DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1 Định nghĩa:

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ và chiều thay đổi theo qui luật hình sin đối với thời gian

i = I0sin( tω + ϕ) với i là cường độ tức thời

( tω + ϕ) : là pha của i ; ϕ là pha ban đầu của i

Đối với đoạn mạch RLC nối tiếp, hiệu điện thế hai đầu mạch có dạng:

uAB = U0sin(ω + ϕ+ ϕt AB) Với uAB là hiệu điện thế tức thời

U0 là hiệu điện thế cực đại

AB u/ i pha uAB phai

của uAB và i phụ thuộc vào tính chất mạch điện

Ta có thể áp dụng các công thức của dòng điện không đổi cho các giá trị tức thời của điện xoay chiều:

uAB = uR + uL + uC nhưng UAB ≠ UR + UL + UC

pAB = uAB i nhưng PAB = UAB I cosϕ AB

dq i dt

dt

φ

= −

2 Cách tạo ra dòng điện xoay chiều:

- Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

- Cấu tạo: quay đều khung dây diện tích S trong từ trường không đổi với vận tốc góc ω

Bur

Từ thông qua 1 vòng dây là: φ1 vòng=BS.cos tω = φ0cos tω

Nếu khung có N vòng dây thì từ thông qua khung là:

Sức điện động cảm ứng sinh ra là: e d N 0 sin

φ

Hiệu điện thế mạch ngoài là: uAB = et (R’ + r).i Do R’ và r là điện trở khung dây

và dây nối xem như không đáng kể nên:

Ta viết: uAB = U0sin(ω + ϕt u) với ϕ là pha ban đầu của uu AB

Khi mạch ngoài gồm R, L, C kín thì dòng điện mạch ngoài là:

i = I0sin(ω + ϕ − ϕt u AB) với ϕ =ϕ AB u/ i

3 Mạch điện không phân nhánh:

+ Mạch chỉ có điện trở thuần: ϕ = (uR R,i) = 600

i = I0sin(ω + ϕt i) thì uR = U0sin(ω + ϕ ) với t i 0

0

U I R

=

+ Mạch chỉ có tụ C: C (u ,i)C

2

π

i = I0sin(ω + ϕt i) thì uC = U0Csin( t i

2

π

ω + ϕ − ) với 0

0 C

U I Z

= ; ZC 1

C

= ω

+ Mạch chỉ có cuộn thuần cảm L: L (u ,i)L

2

π

i = I0sin(ω + ϕt i) thì uL = U0Lsin( t i

2

π

ω + ϕ + ) với 0

0 L

U I Z

= ; ZL= ωL + Mạch RLC nối tiếp:

i = I0sin(ω + ϕt i) thì uAB = uRLC = U0sin(ω + ϕ + ϕ ) t i AB

0 AB

U I Z

Z = R (Z+ −Z )

AB

tg

R

−

AB

R cos

Z

ϕ =

Qui ước về dầu:

> 0 Khi zL > ZC: mạch có tính cảm kháng, uAB nhanh pha hơn i

AB

ϕ

< 0 Khi zC > ZL: mạch có tính dung kháng, i nhanh pha hơn uAB

AB

ϕ

= 0 uAB và i đồng pha, mạch cộng hưởng: ZL = ZC ; Imax =

AB

R

Suy ra: uAB đồng pha với uR

ZAbmin = R nên UAB = UR

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

1 Động cơ không đồng bộ ba pha:

a) Nguyên tắc hoạt động:

Điện năng của dòng điện xoay chiều được biến thành cơ năng nhờ các động cơ điện xoay chiều Động cơ không đồng bộ ba pha là loại thông dụng nhất hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay:

b) Từ trường quay của dòng điện ba pha:

Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn Cách bố trí các cuộn dây tương tự như máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện, người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây

c) Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha:

Gồm hai phần chính: Stato và rôto

- Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay

- Rôto hình trụ có tác dụng giống như một cuộn dây quấn trên lõi thép

2 Máy biến thế:

a) Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo:

Máy biến thế là thiết bị cho phép làm biến đổi hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều (không làm thay đổi tần số của dòng điện)

- Nguyên tắc cấu tạo: gồm hai bộ phận chính:

Lõi thép: làm từ nhiều lá thép mỏng (kĩ thuật điện) hình khung rỗng ghép cách điện với nhau

Hai cuộn dây: làm bằng đồng, điện trở rất nhỏ, quấn trên lõi thép Số vòng của hai cuộn dây là khác nhau

Cuộn dây nối với mạng điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp

Cuộn dây nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp

- Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

b) Sự biến đổi hiệu điện thế và dòng điện qua máy biến thế

- Xét một máy biến thế có cuộn sơ cấp gồm N vòng dây và cuộn thứ cấp có N’ vòng dây

- Khi nối cuộn sơ cấp với mạng điện xoay chìêu có hiệu điện thế U thì ở hai đầu cuộn thứ cấp có một hiệu điện thế xoay chiều U’ Khi đó:

U N

=

Nếu: N’ > N thì U’ > U: máy tăng thế: N’ < N thì U’ < U: máy hạ thế

Nếu bò qua sự mất mát năng lượng thì: I U

′

=

′

3 Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều:

Để tạo ra dòng điện một chiều, cách đơn giản và phổ biến nhất hiện nay là

chỉnh lưu dòng điện xoay chiều Mạch chỉnh lưu thường dùng là chỉnh lưu nửa chu

kì và chỉnh lưu hai nửa chu kì

MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA và DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

1 Máy phát điện xoay chiều một pha

a Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều:

Máy phát điện xoay chiều kiểu cảm ứng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

b Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều

Gồm khung dây qauy quanh trục x’x đặt trong từ trường đều

Hai đầu A, B của khung nối với hai vành khuyên đặt đồng trục với khung dây, tì lên hai vành khuyên là hai chổi quét

Khi khung dây quay, hai vành khuyên trượt trên hai chổi quét, dòng điện truyền qua vành khuyên và chổi quét ra mạch ngoài

Hệ thống vành khuyên và chổi quét gọi là bộ góp

- Phần tạo ra từ trường gọi là phần cảm

- Phần tạo ra dòng điện gọi là phần ứng

Phần cảm cũng như phần ứng có thể là bộ phận đứng yên hay chuyển động Bộ phận đứng yên gọi là Stato còn bộ phận chuyển động gọi là rộto

Tần số của dòng điện do máy phát điện xoay chiều phát ra được tính bởi công thức:

60

Trong đó: p là số cặp cực, n là tốc độ quay của rôto

Máy páht điện một pha còn gọi là máy dao điện một pha

2 Dòng điện xoay chiều ba pha:

Nguyên tắc của máy phát ba pha cũng giống như của máy phát một pha Chỗ khác nhau chỉ là cách bố trí cuộn dây phần ứng

Ba cuộn dây phần ứng được bố trí lệch nhau 1

3 vòng tròn trên stato Phương trình

ba dòng điện đó như sau:

i1 = I0sin ωt

i2 = I0sin t 2

3

π

⎜ω − ⎟

i3 = I0sin t 2

3

π

⎜ω + ⎟

Để sử dụng có hiệu quả dòng điện xoay chiều ba pha, người ta có thể dùng cách mắc hình tam giác hay hình sao

DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ – SÓNG ĐIỆN TỪ

1 Sự biến thiên điện tích trong mạch dao động:

- Xét mạch dao động gồm tụ điện và cuộn cảm như hình vẽ :

C –

L +

- Những phân tích lí thuyết cho kết quả: phương

trình biểu diễn sự biến thiên của điện tích theo thời

gian có dạng: q 1 q 0

LC

′′+ = (1) Nghiệm của phương trình có dạng: q = Q0sin( tω + ϕ)

Điều đó chứng tỏ điện tích của tụ điện trong mạch dao động biến thiên điều hòa với tần số góc 1

LC ω=

2 Dao động điện từ trong mạch dao động

Chọn điều kiện ban đầu thích hợp để nghiệm phương trình (1) có dạng:

q = Q0sin t ω

- Năng lượng tức thời của tụ điện:

Wđ = 1

2qu =

2 2 0

0đ

Q sin t W sin t

0đ

Q W 2C

=

- Năng lượng tức thới trong cuộn cảm:

Wt = 1

2LI0

Q

2 0 0t 2

0

Q 1

W

Năng lượng tổng hợp trong mạch dao động: W = Wđ + Wr = W0 = Q20

2C = const

- Năng lượng trong mạch dao động gồm năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện và năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm

- Năng lượng từ trường và năng lượng điện trường đều biến thiên tuần hoàn theo cùng một tần số Tại mọi thời điểm, tổng năng lượng từ trường và năng lượng điện trường là không đổi Nói cách khác, năng lượng của mạch dao động được bảo toàn

- Dao động của mạch dao động có những tính chất như trên gọi là dao động điện từ

Tần số dao động 1

LC ω= chỉ phụ thuộc vào những đặc tính của mạch, vì vậy dao động điện từ của mạch dao động là một dao động tự do, 1

LC ω= là tần số dao động riêng của mạch

3 Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên:

Bằng phương pháp toán học, Mắcxoen đã tìm ra:

Khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy, là điện trường mà đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ Ngược lại, khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy, là từ trường mà đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức điện trường

4 Điện từ trường:

Phát minh của Mắcxoen dẫn đến kết luận là không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau

Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường Điện từ trường lan truyền được trong không gian

5 Sóng điện từ

Điện từ trường do một điện tích điểm dao động theo phương thẳng đứng sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng Sóng đó được gọi là sóng điện từ Ta nói điện tích dao động đã bức xạ ra sóng điện từ

Tần số sóng điện từ bằng tần số f của điện tích dao động và vận tốc của nó trong chân không bằng vận tốc ánh sáng trong chân không c, có giá trị khoảng c = 300000km/s

Năng lượng sóng điện từ tỉ lệ với lũy thừa bậc bốn của tần số

Sóng điện từ có những tính chất giống như một sóng cơ học thông thường Ngoài ra, sóng điện từ còn truyền được cả trong chân không

Sóng điện từ được đặc trưng bởi tần số hoặc bước sóng, giữa chúng có hệ thức:

GV: NGUYỄN HỮU LỘC (Trung Tâm Luyện Thi Vĩnh Viễn)