Bài 12. Đại cương về dòng điện xoay chiều

1
Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện hình sin.
Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin.
Biểu diễn dòng điện hình sin bằng Vec tơ.
Dòng diện hình sin trong các đoạn mạch.
Công suất của dòng điện hình sin.
Nâng cao hệ số công suất cosφ
Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức.
Bài 2: Dòng điện hình sin
2
Dòng điện hình sin là dòng điện xoay chiều biến đổi theo hàm sin của thời gian.
i, u: trị số tức thời
Imax, Umax: trị số cực đại
ω: tần số góc
a) Định nghĩa:
b) Các thông số đặc trưng:
Bài 2: Dòng điện hình sin
3
c) Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện:
φ < 0: điện áp chậm sau dòng điện
φ > 0: điện áp vượt trước dòng điện
φ = 0: điện áp trùng pha dòng điện

Tần số dòng điện xoay chiều trong công nghiệp:
Nếu u = Umaxsinωt
thì i = Imaxsin(ωt – φ)
Nếu i = Imaxsinωt
thì u = Umaxsin(ωt + φ)
Bài 2: Dòng điện hình sin
4
Định nghĩa: Cho dòng điện không đổi I và dòng điện hình sin i = Imaxsinωt lần lượt qua điện trở R. Ta nói I là giá trị hiệu dụng của i nếu chúng tỏa ra một nhiệt lượng như nhau trong cùng một khoảng thời gian trên R.
Bài 2: Dòng điện hình sin
Trị số tức thời viết theo giá trị hiệu dụng:
5
Bài 2: Dòng điện hình sin
Một Vec tơ sẽ hoàn toàn xác định khi biết: - Điểm đặt
- Độ lớn (mô đun)
- Phương, chiều
a. Cách biểu diễn
Một đại lượng hình sin có thể biểu diễn bằng một Vec tơ với quy ước:
Điểm đặt tại gốc tọa độ
Giá trị hiệu dụng bằng độ lớn Vec tơ
Góc pha đầu bằng góc của Vec tơ hợp với trục Ox
6
Bài 2: Dòng điện hình sin
b. Hai định luật Kiêchop
c. Ví dụ
Biểu diễn:
7
a. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện trở
* Mối quan hệ giữa u và i:
Pha: Dòng điện và điện áp cùng tần số và trùng pha nhau
Bài 2: Dòng điện hình sin
Giá trị hiệu dụng: U = R.I (2-5)
8
a. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện trở
* Công suất:
Công suất tác dụng:
Ta thấy pR ≥ 0 , nghĩa là điện trở R liên tục tiêu thụ điện năng của nguồn và biến đổi sang dạng năng lượng khác.
Đơn vị: W, kW
Bài 2: Dòng điện hình sin
9
b. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện cảm
Bài 2: Dòng điện hình sin
* Mối quan hệ giữa u và i:
Giá trị hiệu dụng: UL = XL.I (2-6)
Pha: Dòng điện và điện áp có cùng tần số song điện áp vượt trước dòng điện một góc π/2.
10
b. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện cảm
Bài 2: Dòng điện hình sin
Công suất tức thời:
Công suất tác dụng:
Để biểu thị cường độ quá trình trao đổi năng lượng của điện cảm ta đưa ra khái niệm công suất phản kháng QL của điện cảm:
Đơn vị: VAr, kVAr
* Công suất:
11
c. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện dung
Bài 2: Dòng điện hình sin
* Mối quan hệ giữa u và i:
Giá trị hiệu dụng: UC = XC.I (2-10)
Pha: Dòng điện và điện áp có cùng tần số song điện áp chậm pha so với dòng điện một góc π/2.
12
c. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần điện dung
Bài 2: Dòng điện hình sin
Công suất tức thời:
Công suất tác dụng:
Đơn vị: VAr, kVAr
* Công suất:
Để biểu thị cường độ quá trình trao đổi năng lượng của điện dung, ta đưa ra khái niệm công suất phản kháng QC của điện dung
13
d. Dòng điện hình sin trong nhánh R – L – C nối tiếp
Bài 2: Dòng điện hình sin
Trị số hiệu dụng của điện áp
Đặt : X = XL -XC: điện kháng (Ω)
14
d. Dòng điện hình sin trong nhánh R – L – C nối tiếp
Bài 2: Dòng điện hình sin
XL = XC →φ = 0: u trùng pha i, xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện áp, dòng điện I = U/R cực đại.
Từ (2-12) ta thấy R, X, z là ba cạnh của một Δ vuông gọi là Δ tổng trở. Từ tam giác tổng trở ta tính được góc lệch pha φ.
* Mối quan hệ giữa u và i:
Giá trị hiệu dụng: U = Iz (2-13)
XL > XC →φ > 0: u vượt trước i góc φ, mach có tính chất điện cảm.
XL < XC →φ < 0: u chậm sau i góc φ, mach có tính chất điện dung.
15
Công suất tác dụng P đặc trưng cho hiện tượng biến đổi điện năng sang dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng,…
Khi biết dòng điện I, điện áp U, góc lệch pha φ giữa điện áp và dòng điện ở đầu vào, hoặc biết các thông số R, L, C của các nhánh.
a. Công suất tác dụng P
Công suất tác dụng P là công suất trung bình trong một chu kì:
Bài 2: Dòng điện hình sin
trong đó: Rn, In là điện trở, dòng điện của mỗi nhánh.
16
b. Công suất phản kháng Q
Để đặc trưng cho cường độ quá trình trao đổi năng lượng điện từ trường, người ta đưa ra khái niệm công suất phản kháng Q.
Công suất phản kháng có thể được tính bằng tổng công suất phản kháng của điện cảm và điện dung trên mạch điện
Bài 2: Dòng điện hình sin
trong đó: XLn, XCn, In lần lượt là cảm kháng, dung kháng, dòng điện của mỗi nhánh.
Đơn vị: VAr, kVAr.
17
c. Công suất biểu kiến S
S nói lên khả năng của thiết bị. Trên nhãn của các loại máy điện, người ta ghi công suất biểu kiến của chúng.
Bài 2: Dòng điện hình sin
* Mối quan hệ giữa các loại công suất
Đơn vị: VA, kVA.
Quan hệ giữa S, P, Q được mô tả bằng một tam giác vuông, gọi là tam giác công suất.
18
cosφ được gọi là hệ số công suất.
Bài 2: Dòng điện hình sin
Như vậy hệ số công suất của mạch càng lớn sẽ tăng được khả năng sử dụng công suất nguồn và tiết kiệm dây dẫn, giảm tổn hao trên đường dây.
Mỗi hộ tiêu dùng yêu cầu một công suất tác dụng P xác định. Khi đó dòng điện trên đường dây I = P/Ucosφ, nếu hệ số công suất càng bé thì:
Dòng điện càng lớn phải dùng dây dẫn lớn phải tăng vốn đầu tư.
Dòng điện lớn nên tổn thất trên đường dây sẽ lớn.
Ý nghĩa:
- Mỗi máy phát điện đều được chế tạo với một công suất biểu kiến định mức. Từ đó máy có thể cung cấp một công suất tác dụng P = Sđmcosφ. Do đó muốn tận dụng khả năng của máy và thiết bị thì hệ số cosφ phải lớn.
a) Định nghĩa và ý nghĩa của hệ số công suất
19
Bài 2: Dòng điện hình sin
Trong sinh hoạt và trong công nghiệp tải thường có tính chất điện cảm nên cosφ thấp. Để nâng cao cosφ ta dùng tụ điện nối song song với tải.
b) Biện pháp nâng cao hệ số công suất
Khi chưa bù: dòng điện trên đường dây I = I1, hệ số công suất của mạch là cosφ1 của tải.
20
Bài 2: Dòng điện hình sin
Công suất phản kháng của mạch là:
b) Biện pháp nâng cao hệ số công suất
21
a) Cách biểu diễn
Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện
Một đại lượng hình sin có thể được biểu diễn bằng một số phức với quy ước: giá trị hiệu dụng = Mô đun C
góc pha đầu = argument φ
22
a) Cách biểu diễn
Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện
23
b) Một số phép tính đối với số phức
Chương 1: Những khái niệm cơ bản về mạch điện
* Phép công, trừ: Biến đổi về dạng đại số.
* Phép nhân, chia: Nên đưa về dạng mũ, cũng có thể thực hiện ở dạng đại số như bình thường.
* Nhân số phức với ±j .
24
c) Tổng trở phức
Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện
*Tổng dẫn phức. Tổng dẫn phức được định nghĩa là:
d) Hai định luật Kiêc hôp
25
d) Hai định luật Kiêc hôp
Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện
Dạng mũ tổng trở phức là:
Dạng đại số:
*Tổng dẫn phức. Tổng dẫn phức được định nghĩa là: