ðin xoay chiu 12  Trn Th An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 1
ðIN XOAY CHIU RLC GHÉP NI TIP
A. TÓM TT LÝ THUYT
1. Dòng ñin xoay chiu.
* Dòng ñin và ñin áp xoay chiu
Dòng ñin xoay chiu là dòng ñin có cưng ñ là hàm s sin hay côsin ca thi gian.
ðin áp xoay chiu là ñin áp bi#n thiên theo hàm s sin hay côsin ca thi gian.
T'o ra dòng ñin xoay chiu b)ng máy phát ñin xoay chiu d*a trên cơ s, hin tư-ng c.m /ng ñin t0.
Trong mt chu kì T dòng ñin xoay chiu ñ3i chiu 2 l5n, trong m7i giây dòng ñin xoay chiu ñ3i chiu 2f
l5n.
* Các giá tr hiu dng ca dòng ñin xoay chiu
Cưng ñ hiu d;ng ca dòng ñin xoay chiu b)ng cưng ñca mt dòng ñin không ñ3i, n#u cho hai
dòng ñin ñó l5n lư-t ñi qua cùng mt ñin tr, R trong nh?ng kho.ng thi gian b)ng nhau ñ dài thì nhit lư-ng
t@a ra b)ng nhau.
+ Cưng ñ hiu d;ng và ñin áp hiu d;ng: I =
0
2
I
; U =
0
2
U
.
+ Ampe k# và vôn k# ño cưng ñ dòng ñin và ñin áp xoay chiu d*a vào tác d;ng nhit ca dòng ñin nên
gJi là ampe k# nhit và vôn k# nhit, s chK ca chúng là cưng ñ hiu d;ng và ñin áp hiu d;ng ca dòng
ñin xoay chiu.
+ Khi tính toán, ño lưng, ... các m'ch ñin xoay chiu, ch y#u sO d;ng các giá trP hiu d;ng.
* Các lo i ño n m ch xoay chiu
+ ðo'n m'ch chK có ñin tr, thu5n: u
R
cùng pha vQi i; I =
R
U
R
.
+ ðo'n m'ch chK có t; ñin: u
C
trR pha hơn i góc
2
π
; I =
C
C
Z
U
; vQi Z
C
=
ω
1
là dung kháng ca t; ñin.
T; ñin C không cho dòng ñin không ñ3i ñi qua (c.n tr, hoàn toàn), nhưng l'i cho dòng ñin xoay chiu ñi
qua vQi ñin tr, (dung kháng): Z
C
=
C
ω
1
.
+ ðo'n m'ch chK có cun c.m thu5n: u
L
sQm pha hơn i góc
2
π
.
I =
L
L
Z
U
; vQi Z
L
=
ω
L là c.m kháng ca cun dây.
Cun c.m thu5n L cho dòng ñin không ñ3i ñi qua hoàn toàn (không c.n tr,) và cho dòng ñin xoay chiu ñi
qua vQi ñin tr, (c.m kháng): Z
L
=
ω
L.
+ ðo'n m'ch có R, L, C mXc ni ti#p (không phân nhánh):
Giãn ñ[ Fre]nen: N#u biRu di_n các ñin áp xoay chiu trên R, L và C b)ng các véc
tơ tương /ng
R
U
→
,
L
U
→
và
C
U
→
tương /ng thì ñin áp xoay chiu trên ño'n m'ch R, L, C
mXc ni ti#p là:
→
U =
R
U
→
+
L
U
→
+
C
U
→
D*a vào giãn ñ[ véc tơ ta thay: U =
22
)(
CLR
UUU −+ = I.
2
CL
2
) Z] (Z R + = I.Z
VQi Z =
2
CL
2
) Z] (Z R + gJi là t3ng tr, ca ño'n m'ch RLC.
ð lch pha ϕ gi?a u và i xác ñPnh theo biRu th/c: tanϕ =
R
ZZ
CL
−
=
R
C
L
ω
ω
1
−
Cưng ñ hiu d;ng xác ñPnh theo ñPnh luct Ôm: I =
Z
U
.
* Bi#u th$c ñin áp xoay chiu, cư'ng ñ( dòng ñin xoay chiu
N#u i = I
0
cos(
ω
t +
ϕ
i
) thì u = U
0
cos(
ω
t +
ϕ
i
+
ϕ
).
N#u u = U
0
cos(
ω
t +
ϕ
u
) thì i = I
0
cos(
ω
t +
ϕ
u
]
ϕ
).
ðin xoay chiu 12  Trn Th An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 2
VQi I
0
=
0
U
Z
; tan
ϕ
=
R
ZZ
CL
−
.
+ Cng hư,ng trong ño'n m'ch RLC: Khi Z
L
= Z
C
hay
ω
L =
ω
1 thì có hin tư-ng cng hư,ng ñin. Khi ñó:
Z = Z
min
= R; I = I
max
=
R
U
; P = P
max
=
R
U
2
;
ϕ
= 0.
+ Các trưng h-p khác:
Khi Z
L
> Z
C
thì u nhanh pha hơn i (ño'n m'ch có tính c.m kháng).
Khi Z
L
< Z
C
thì u trR pha hơn i (ño'n m'ch có tính dung kháng).
Chú ý:
N#u trong ño'n m'ch có nhiu ph5n tO R, L, C mXc ni ti#p thì trong các h th/c ca ñPnh luct Ôm ta ñht
R = R
1
+ R
2
+ ...; Z
L
= Z
L1
+ Z
L2
+ ...; Z
C
= Z
C1
+ Z
C2
+ ... . N#u m'ch không có ñin tr, thu5n thì ta cho R =
0; không có cun c.m thì ta cho Z
L
= 0; không có t; ñin thì ta cho Z
C
= 0.
* Công su+t ca dòng ñin xoay chiu
+ Công suat ca dòng ñin xoay chiu: P = UIcos
ϕ
= I
2
R
+ H s công suat: cos
ϕ
=
Z
R
.
+ Ý nghĩa ca h s công suat cos
ϕ
: Công suat hao phí trên ñưng dây t.i (có ñin tr, r) là P
hp
= rI
2
=
ϕ
22
2
cos
U
rP
. N#u h s công suat cos
ϕ
nh@ thì công suat hao phí trên ñưng dây t.i P
hp
sl lQn, do ñó ngưi ta
ph.i tìm cách nâng cao h s công suat. Theo qui ñPnh ca nhà nưQc thì h s công suat cos
ϕ
trong các cơ s,
ñin năng ti thiRu ph.i b)ng 0,85.
VQi cùng mt ñin áp U và d;ng c; dùng ñin tiêu th; mt công suat P thì I =
ϕ
cos
U
P
, tăng h s công suat
cos
ϕ
ñR gi.m cưng ñ hiu d;ng I t0 ñó gi.m hao phí vì t@a nhit trên dây.
2. Truyn t.i ñin năng – Máy bi3n áp.
* Truyn t.i ñin năng
+ Công suat hao phí trên ñưng dây t.i: P
hp
= rI
2
= r(
U
P
)
2
= P
2
2
U
r
.
+ Hiu suat t.i ñin: H =
P
PP
hp
−
.
+ ð gi.m ñin trên ñưng dây t.i ñin: U = Ir.
+ Bin pháp gi.m hao phí trên ñưng dây t.i: gi.m r, tăng U.
Vì r = ρ
S
l
nên ñR gi.m ta ph.i dùng các lo'i dây có ñin tr, suat nh@ như b'c, dây siêu dqn, ... vQi giá thành
quá cao, hohc tăng ti#t din S. Vic tăng ti#t din S thì tn kim lo'i và ph.i xây ct ñin lQn nên các bin pháp
này không kinh t#.
Trong th*c t# ñR gi.m hao phí trên ñưng truyn t.i ngưi ta dùng bin pháp ch y#u là tăng ñin áp U: dùng
máy bi#n áp ñR ñưa ñin áp , nhà máy phát ñin lên cao r[i t.i ñi trên các ñưng dây cao áp. G5n ñ#n nơi tiêu
th; l'i dùng máy bi#n áp h' áp ñR gi.m ñin áp t0ng bưQc ñ#n giá trP thích h-p.
Tăng ñin áp trên ñưng dây t.i lên n l5n thì công suat hao phí gi.m n
2
l5n.
* Máy bi3n áp:
Máy bi#n áp là thi#t bP bi#n ñ3i ñin áp (xoay chiu).
C4u t5o
+ Mt l@i bi#n áp hình khung b)ng sXt non có pha silic ñR tăng ñ t0 thtm ca l@i sXt.
+ Hai cun dây có s vòng dây N
1
, N
2
khác nhau có ñin tr, thu5n nh@ và ñ t* c.m lQn quan trên l@i bi#n áp.
Cun ni vào ngu[n phát ñin gJi là cun sơ cap, cun ni ra các cơ s, tiêu th; ñin năng gJi là cun th/ cap.
Nguyên t8c ho5t ñ:ng
D*a vào hin tư-ng c.m /ng ñin t0.
Ni hai ñ5u cun sơ cap vào ngu[n phát ñin xoay chiu, dòng ñin xoay chiu ch'y trong cun sơ cap t'o ra
t0 trưng bi#n thiên trong l@i bi#n áp. T0 thông bi#n thiên ca t0 trưng ñó qua cun th/ cap gây ra suat ñin
ñng c.m /ng trong cun th/ cap.
S; bin ñ=i ñin áp và cưBng ñ: dòng ñin trong máy bin áp
ðin xoay chiu 12  Trn Th An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 3
VQi máy bi#n áp làm vic trong ñiu kin lí tư,ng (hiu suat g5n 100%):
1
2
U
U
=
2
1
I
I
=
1
2
N
N
.
* Công dng ca máy bi3n áp
+ Dùng ñR thay ñ3i ñin áp ca dòng ñin xoay chiu.
+ SO d;ng trong vic truyn t.i ñin năng ñR gi.m hao phí trên ñưng dây truyn t.i.
+ SO d;ng trong các máy hàn ñin, nau ch.y kim lo'i.
3. Máy phát ñin xoay chiu.
* Máy phát ñin xoay chiu 1 pha
+ Các b phcn chính:
Ph5n c.m là nam châm vĩnh c?u hay nam châm ñin. ðó là ph5n t'o ra t0 trưng.
Ph5n /ng là nh?ng cun dây, trong ñó xuat hin suat ñin ñng c.m /ng khi máy ho't ñng.
Mt trong hai ph5n ñht cñPnh, ph5n còn l'i quay quanh mt tr;c. Ph5n c ñPnh gJi là stato, ph5n quay gJi
là rôto.
+ Ho't ñng: khi rôto quay, t0 thông qua cun dây bi#n thiên, trong cun dây xuat hin suat ñin ñng c.m
/ng, suat ñin ñng này ñư-c ñưa ra ngoài ñR sO d;ng.
+ N#u t0 thông qua cun dây là φ(t) thì suat ñin ñng c.m /ng trong cun dây là: e = ]
dt
d
φ
= ] φ’(t)
+ T5n s ca dòng ñin xoay chiu: Máy phát có mt cun dây và mt nam châm (gJi là mt chp c*c) và rôto
quay n vòng trong mt giây thì t5n s dòng ñin là f = n. Máy có p chp c*c và rô to quay n vòng trong mt giây
thì f = np. Máy có p chp c*c, rô to quay n vòng trong mt phút thì f =
60
np
.
* Dòng ñin xoay chiu ba pha
Dòng ñin xoay chiu ba pha là mt h thng ba dòng ñin xoay chiu, gây b,i ba suat ñin ñng xoay chiu
có cùng t5n s, cùng biên ñ nhưng lch pha nhau t0ng ñôi mt là
3
2
π
.
* C+u t o và ho t ñ(ng ca máy phát ñin xoay chiu 3 pha
Dòng ñin xoay chiu ba pha ñư-c t'o ra b,i máy phát ñin xoay chiu ba pha.
Máy phát ñin xoay chiu ba pha cau t'o g[m stato có ba cun dây riêng rl, hoàn toàn ging nhau quan trên
ba l@i sXt ñht lch nhau 120
0
trên mt vòng tròn, rôto là mt nam châm ñin.
Khi rôto quay ñu, các suat ñin ñng c.m /ng xuat hin trong ba cun dây có cùng biên ñ, cùng t5n s
nhưng lch pha nhau
3
2
π
.
N#u ni các ñ5u dây ca ba cun vQi ba m'ch ngoài (ba t.i tiêu th;) ging nhau thì ta có h ba dòng ñin
cùng biên ñ, cùng t5n s nhưng lch nhau v pha là
3
2
π
.
* Các cách m6c m ch 3 pha
+ MXc hình sao: ba ñiRm ñ5u ca ba cun dây ñư-c ni vQi 3 m'ch ngoài b)ng 3 dây
dqn, gJi là dây pha. Ba ñiRm cui ni chung vQi nhau trưQc r[i ni vQi 3 m'ch ngoài
b)ng mt dây dqn gJi là dây trung hòa.
N#u t.i tiêu th; cũng ñư-c ni hình sao và t.i ñi x/ng (3 t.i ging nhau) thì cưng ñ
dòng ñin trong dây trung hòa b)ng 0.
N#u t.i không ñi x/ng (3 t.i không ging nhau) thì cưng ñ dòng ñin trong dây
trung hoà khác 0 nhưng nh@ hơn nhiu so vQi cưng ñ dòng ñin trong các dây pha.
Khi mXc hình sao ta có: U
d
= 3U
p
(U
d
là ñin áp gi?a hai dây pha, U
p
là ñin áp
gi?a dây pha và dây trung hoà).
M'ng ñin gia ñình sO d;ng mt pha ca m'ng ñin 3 pha: nó có mt dây nóng và
mt dây ngui.
+ MXc hình tam giác: ñiRm cui cun này ni vQi ñiRm ñ5u ca cun ti#p theo theo
tu5n t* thành ba ñiRm ni chung. Ba ñiRm ni ñó ñư-c ni vQi 3 m'ch ngoài b)ng 3
dây pha.
Cách mXc này ñòi h@i 3 t.i tiêu th; ph.i ging nhau.
* Ưu ñi#m ca dòng ñin xoay chiu 3 pha
+ Ti#t kim ñư-c dây ni t0 máy phát ñ#n t.i tiêu th;; gi.m ñư-c hao phí ñin năng trên ñưng dây.
ðin xoay chiu 12  Trn Th An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 4
+ Trong cách mXc hình sao, ta có thR sO d;ng ñư-c hai ñin áp khác nhau: U
d
= 3U
p
+ Cung cap ñin cho ñng cơ ba pha, dùng ph3 bi#n trong các nhà máy, xí nghip.
4. ð(ng cơ không ñ<ng b( ba pha.
* S> quay không ñ<ng b(
Quay ñu mt nam châm hình chO U vQi tc ñ góc ω thì t0 trưng gi?a hai nhánh ca nam châm cũng quay
vQi tc ñ góc ω. ðht trong t0 trưng quay này mt khung dây dqn kín có thR quay quanh mt tr;c trùng vQi
tr;c quay ca t0 trưng thì khung dây quay vQi tc ñ góc ω’ < ω. Ta nói khung dây quay không ñ[ng b vQi t0
trưng.
* Nguyên t6c ho t ñ(ng ca ñ(ng cơ không ñ<ng b( 3 pha
+ T'o ra t0 trưng quay b)ng cách cho dòng ñin xoay chiu 3 pha ñi vào
trong 3 cun dây ging nhau, ñht lch nhau 120
0
trên mt giá tròn thì trong
không gian gi?a 3 cun dây sl có mt t0 trưng quay vQi t5n s b)ng t5n s
ca dòng ñin xoay chiu.
+ ðht trong t0 trưng quay mt rôto l[ng sóc có thR quay xung quanh tr;c
trùng vQi tr;c quay ca t0 trưng.
+ Rôto l[ng sóc quay do tác d;ng ca t0 trưng quay vQi tc ñ nh@ hơn tc
ñ ca t0 trưng. ChuyRn ñng quay ca rôto ñư-c sO d;ng ñR làm quay các
máy khác.
Chú ý: D
Trong ñng cơ không ñ[ng b ba pha, khi t0 trưng quay qua mt
cun dây ñ't giá trP c*c ñ'i B
0
thì t0 trưng qua hai cun dây còn l'i ñ't giá trP là B
0
/2.
] T3ng h-p t0 trưng t'i tâm luôn không ñ3i và mang giá trP 3B
0
/2.
] T0 trưng c*c ñ'i hưQng vào cun dây th/ nhat thì các t0 trưng thành ph5n hưQng ra xa hai cun
dây còn l'i và ngư-c l'i, n#u t0 trưng c*c ñ'i hưQng ra xa cun dây th/ nhat thì l'i hưQng vào hai cun còn
l'i.
ðin xoay chiu 12  Trn Th An (tranthean1809@gmail.com – 09.3556.4557) Trang 5
CH ð VÀ PHƯƠNG PHÁP GI!I TOÁN
Ch# ñ% 1: Phương pháp t/o ra dòng ñi6n xoay chi%u
]
Vi3t bi#u th$c tính tG thông và tính tG thông c>c ñ i.
]
Vi3t bi#u th$c tính hiu ñin th3 dao ñ(ng ñiu hòa. Tính hiu ñin th3 c>c ñ i.
a. Chu kì và t5n s ca khung :
2 1
;
T f
T
π
ω
= =
b. BiRu th/c t0 thông ca khung:
. . .cos .cos
o
N B S t t
ω ω
Φ = = Φ
(VQi
Φ
= L.I vQi Hs t* c.m L = 4
π
.10
]7
N
2
.S/l = 4
π
.10
]7
n
2
.V (n là mct ñ dài hay s vòng dây
trên 1m chiu dài ca ng dây và V là thR tích ca ng dây))
c. BiRu th/c ca suat ñin ñng c.m /ng t/c thi: e =
0
' .sin os( )
2
−Φ
= −Φ = = −
NBS t E c t
t
π
ω ω ω
d. BiRu th/c ca ñin áp t/c thi: u = U
0
os( )
u
c t
ω ϕ
+
(
u
ϕ
là pha ban ñ5u ca ñin áp )
e. BiRu th/c ca cưng ñ dòng ñin t/c thi trong m'ch: I = I
0
os( )
+
i
c t
ω ϕ
(
i
ϕ
là pha ban ñ5u ca dòng ñin)
f. Giá trP hiu d;ng : + Cưng ñ dòng ñin hiu d;ng: I =
0
2
I
+ Hiu ñin th# hiu d;ng: U =
0
2
U
+ Suat ñin ñng hiu d;ng: E =
0
2
E
Bư<c1:
Xác ñPnh góc φ: là góc t'o b,i véctơ c.m /ng t0
B
và véctơ pháp tuy#n
n
ca mht ph‚ng khung dây
t'i thi ñiRm ban ñ5u t = 0
Bư<c 2:
Vi#t biRu th/c t0 thông t/c thi gOi qua khung giây : ф = Φ
0
cos(ωt + φ) = NBScos(ωt + φ)
Trong ñó: + ω là t5n s góc = tc ñ góc ca khung dây quay quanh tr;c
+ Ф
0
= NBS là t0 thông c*c ñ'i gOi qua khung dây (ñơn vP: Wb ] vêbe)
+ N là s vòng dây ca khung
+ S là din tích ca khung dây (ñơn vP: m
2
)
+ B ñ lQn véctơ c.m /ng t0 (ñơn vP: T ] tesla)
Bư<c 3:
Vi#t biRu th/c suat ñin ñng t/c thi trong khung dây ( b)ng ] ñ'o hàm bcc nhat theo thi gian ca t0
thông): e = ] ф’ = ωФ
0
sin(ωt + φ) = E
0
sin(ωt + φ) = E
0
cos(ωt + φ ] π/2)
Trong ñó: + E
0
= ωФ
0
là suat ñin ñng c*c ñ'i trong khung dây (ñơn vP: V ] vôn)
+ E = E
0
/
2 là suat ñin ñng hiu d;ng trong khung dây (ñơn vP: V ] vôn)
Bư<c 4:
N#u khung dây kín có ñin tr, R thì dòng ñin xuat hin trong khung dây là:
+ cưng ñ dòng ñin t/c thi: i = e/R = E
0
/Rcos(ωt + φ ] π/2)
+ cưng ñ hiu d;ng: I = E/R.
+ Giá trP hiu d;ng = giá trP c*c ñ'i/ 2
Chú ý:
N#u khung dây h, thì khi ta ni hai ñ5u khung dây vQi mo'ch ngoài thì trong m'ch ngoài xuat hin
dòng ñin xoay chiu và hai ñ5u m'ch xuat hin ñin áp xoay chiu bi#n thiên cùng t5n s vQi suat ñin ñng.
Bài 1:
Mt khung dây có din tích S = 60cm
2
quay ñu vQi vcn tc 20 vòng trong mt giây. Khung ñht trong t0
trưng ñu B = 2.10
]2
T. Tr;c quay ca khung vuông góc vQi các ñưng c.m /ng t0, lúc t = 0 pháp tuy#n khung
dây có hưQng trùng vQi hưQng ca vector c.m /ng t0.
a. Vi#t biRu th/c t0 thông xuyên qua khung dây.
b. Vi#t biRu th/c suat ñin ñng c.m /ng xuat hin trong khung dây.
HưIng dJn:
a. Chu kì:
1 1
0,05
20
o
Tn
= = =
(s). T5n s góc:
2 2 .20 40
o
n
ω π π π
= = =
(rad/s).
2 4 5
1.2.10 .60.10 12.10
o
NBS
− − −
Φ = = =
(Wb). Vcy
5
12.10 cos40
t
π
−
Φ =
(Wb)