Lý thuyết về dòng điện xoay chiều

III.1 LÝ THUYẾT VỀ DÒNG ĐỆN XOAY CHIỀU

Trong phần này học sinh phải nắm rõ một số kiến thức về dòng điện xoay chiều như các tạo ra suất điện động xoay chiều; định nghĩa cường độ dòng điện xoay chiều; định nghĩa giá trị hệu dụng; các lý thuyết về máy điện và máy phát điện

I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA DÒNG ĐIÊN XOAY CHIỀU

1. Cách tạo ra suất điện động xoay chều

a. Cơ sở lí thuyết

- Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

b. Cách tạo ra và công thức:

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

- Từ thông: Từ thông gửi qua một khung dây diện tích S gồm N vòng dây quay đều với vận tốc góc ω quanh trục Δ trong một từ trường đều  ⊥ Δ được tính: Φ = NBScosα = Φocos(ωt + φ) (Wb)

        φ là góc hợp bởi hai véc tơ  và  tại thời điểm ban đầu.

- Suất điện động cảm ứng do máv phát tạo ra

e = Φ'(t) = NBSωsin (ωt + φ) = Eosin (ωt + φ) (V)

với Eo = NBSω là suất điện động cực đại.

- Hiệu điện thế cung cấp cho mạch ngoài: Nếu bó qua điện trớ trong của máy phát hoặc mạch ngoài đế

hở thì: u = e ⇒ u = Uosin (ωt + φ)

 2. Định nghĩa dòng điện xoay chiều và giá trị hiệu dụng

a. Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ dòng điện (điện áp) biến đổi điều hòa theo thời gian

            => Dòng điện xoay chiều thay đổi về cả cường độ và phương chiều

  b. Giá trị hiệu dụng

    + Xây dựng: Dựa vào tác dụng nhiệt của dòng điện

    + Định nghĩa: Cường độ dòng điện hiệu dụng là cường độ của dòng điện không đổi mà nếu cho chúng lần lượt đi qua cùng một điện trở trong cùng một khỏang thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra là như nhau

    + Biểu thức giá trị hiệu dụng: I=I02U=U02E=E02

+ Ý nghĩa giá trị hiệu dụng:   Trong thực tế người ta thường sử dụng giá trị hiệu dụng để nói về đại lượng của dòng điện: Ampe kế và Vôn kế nhiệt đo giá trị hiệu dụng

                                         Dòng điện chúng ta là 220V - 50Hz

 B. MÁY ĐIỆN

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 quay quanh trục x’x 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 chối 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 rôto. Nếu máy phát mà phần ứng là stato thì không cần bộ góp.

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

Trong đó: p là số cặp cực, n là tốc độ quay của roto. Máy phát điện một pha còn được gọi là máy dao điện một pha.

c) Các công thức

- Từ thông: Từ thông gửi qua một khung dây diện tích S gồm N vòng dây quay đều với vận tốc góc ω quanh trục Δ trong một từ trường đều  ⊥ Δ được tính: Φ = NBScosα = Φocos(ωt + φ) (Wb)

        φ là góc hợp bởi hai véc tơ  và  tại thời điểm ban đầu.

- Suất điện động cảm ứng do máv phát tạo ra

e = Φ'(t) = NBSωsin (ωt + φ) = Eosin (ωt + φ) (V)

với Eo = NBSω là suất điện động cực đại.

- Hiệu điện thế cung cấp cho mạch ngoài: Nếu bó qua điện trớ trong của máy phát hoặc mạch ngoài đế

hở thì: u = e ⇒ u = Uosin (ωt + φ)

2. Máy phát điện xoay chiều ba pha

a) Định nghĩa dòng điện xoay chiều ba pha

Là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều gây bởi 3 suất điện động có cùng tần số, cùng biên độ nhưng

lệch nhau về pha là , hay về thời gian là  chu kì.

e1 = E0 cosωt

b) Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

c) Cấu tạo: Gồm hai phần chính:

- Phần cảm: là rôto, thường là nam châm điện.

- Phần ứng: là stato, gồm ba cuộn dây giống hệt nhau quấn quanh lõi thép, chúng được đặt lệch nhau 

vòng tròn trên thân stato.

d) Cách mắc điện ba pha: 2 cách

* Mắc hình sao: Mắc 4 dây gồm 3 dây pha (dây nóng) và một dây trung hoà (dây nguội). Tải tiêu thụ

không cần đối xứng.

                                 Công thức liên hệ: Ud = Up và Id = Ip.

* Mắc hình tam giác: Mắc 3 dây. Tải tiêu thụ phải đối xứng.

                  Công thức liên hệ: Ud = Up và Id =  Ip.

Dòng điện trong dây trung hòa được tính từ biểu thức vectơ 

e) Ưu điểm của dòng xoay chiều 3 pha

+ Tiết kiệm được số dây dẫn khi truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ.

+ Tạo từ trường quay để cho các động cơ công suất lớn hoạt động.

3. Động cơ không đồng bộ 3 pha

a) Định nghĩa: Là thiết bị điện biến điện năng của dòng điện xoay chiều thành cơ năng.

b) Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay.

c) Cách tạo từ trường quay: 2 cách

* Cho nam châm quay.

* Dùng dòng xoay chiều 3 pha.

+ Cảm ứng từ do ba cuộn dây tạo ra tại O:

B1 = Bmcosωt                B2 = Bmcos(ωt - )                B3 = Bmcos(ωt + )   

+ Cảm ứng từ tổng hợp tại O:  và có đầu mút quay xung

quanh O với tốc độ gócω.

d) Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 3 pha: gồm 2 phần

+ Stato: giống stato của máy phát điện xoay chiều 3 pha.

+ Rôto: dạng hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn quanh lõi thép.

4. Máy biến thế

a) Định nghĩa

Là thiết bị biến đổi một hiệu điện thế xoay chiều này thành một hiệu điện thế xoay chiều khác có cùng tần số.

b) Cấu tạo: gồm 2 phần

+ Một lõi thép gồm nhiều lá thép kĩ thuật mỏng ghép cách điện để tránh dòng điện Phucô.

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

Cuộn dây nối với mạng điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp, có N1 vòng.

Cuộn dây nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp, có N2 vòng dây.

c) Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

d) Sự biến đổi hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong máy biến thế

Gọi U1, I1, N1, P1 lần lượt là hiệu điện thế, cường độ, số vòng dây, công suất của cuộn sơ cấp.

U2, I2, N2, P2: Hiệu điện thế, cường độ, số vòng dây, công suất của cuộn thứ cấp.

P1= U1I1; P2 = U2I2

Hiệu suất của máy biến thế:

 

Trường hợp lí tưởng H = 100% thì

+ Nếu N1 < N2 ⇒ U1 < U2: máy tăng thế.

+ Nếu N1 > N2 ⇒ U1 > U2: máy hạ thế.

e) Truyền tải điện năng đi xa: Từ P = UIcosφ ⇒ 

⇒ Công suất hao phí trên đường dây:

Thường xét cosφ = 1 khi đó

Độ giảm thế trên đường dây tải điện: ΔU = IR

Hiệu suất trong việc truyền tải điện năng:

Thống kê thành viên

Tổng thành viên 86.806
Thành viên mới nhất huy-nguyen