1
Chư ơ ng 3
DAO ĐỘ NG ĐIỆ N. DÒNG ĐIỆ N XOAY CHIỀ U
A. KIẾ N THỨ C CƠ BẢ N
I. HIỆ U ĐIỆ N THẾ DAO ĐỘ NG ĐIỀ U HOÀ. DÒNG ĐIỆ N XOAY CHIỀ U
1. Hiệ u điệ n thế dao độ ng điề u hoà:
Xét khung dây kim loạ i có diệ n tích S, N vòng dây quay
đề u quanh trụ c đố i xứ ng x’x trong từ trư ờ ng đề u
B
ur
(
B x ' x
⊥
ur
) vớ i vậ n tố c góc
ω
.
Trong khung dây xuấ t hiệ n suấ t điệ n độ ng biế n thiên điề u
hoà: 0
e NBSsin t E sin t
t
∆Φ
∆
vớ i 0
E NBS
= ω
Nế u hai đầ u khung dây đư ợ c nố i vớ i mạ ch ngoài thì suấ t điệ n độ ng biế n thiên điề u hoà đó gây
ra ở mạ ch ngoài hiệ u điệ n thế cũng biế n thiên điề u hoà vớ i tầ n số góc ω. Chọ n điề u kiệ n ban đầ u
thích hợ p, biể u thứ c hiệ u điệ n thế có dạ ng: 0
u U sin t
= ω
.
2. Dòng điệ n xoay chiề u:
Hiệ u điệ n thế dao độ ng điề u hoà tạ o ra ở mạ ch ngoài mộ t dòng điệ n dao độ ng cư ỡ ng bứ c vớ i tầ n
số góc ω: 0
i I sin( t )
= ω + ϕ
( ϕ là độ lệ ch pha giữ a dòng điệ n và hiệ u điệ n thế phụ thuộ c vào tính
chấ t củ a mạ ch điệ n.
Dòng điệ n trên là mộ t dòng điệ n biế n thiên điề u hoà đư ợ c gọ i là dòng điệ n xoay chiề u.
3. Cư ờ ng độ hiệ u dụ ng và hiệ u điệ n thế hiệ u dụ ng:
- Cư ờ ng độ hiệ u dụ ng:
0
I
I
2
= (I0 là cư ờ ng độ dòng điệ n cự c đạ i).
- Hiệ u điệ n thế hiệ u dụ ng:
0
U
U
2
= (U0 là hiệ u điệ n thế cự c đạ i)
- Suấ t điệ n độ ng hiệ u dụ ng:
0
E
E
2
= (E0 là suấ t điệ n độ ng cự c đạ i)
II. DÒNG ĐIỆ N XOAY CHIỀ U TRONG ĐOẠ N MẠ CH CHỈ CÓ ĐIỆ N TRỞ THUẦ N,
CUỘ N CẢ M HOẶ C TỤ ĐIỆ N.
Đoạ n mạ ch chỉ có
điệ n trở thuầ n
Đoạ n mạ ch chỉ có
cuộ n cả m
Đoạ n mạ ch chỉ có
tụ điệ n
Sơ đồ
mạ ch
Đặ c
điể m
- Điệ n trở R
- Hiệ u điệ n thế hai đầ u
đoạ n mạ ch biế n thiên
điề u hoà cùng pha vớ i
dòng điệ n.
- Cả m kháng:
L
Z L 2 fL
= ω = π
- Hiệ u điệ n thế hai đầ u
đoạ n mạ ch biế n thiên
điề u hoà sớ m pha hơ n
dòng điệ n góc
2
π
.
- Dung kháng:
C
1 1
Z
C 2 fC
= =
ω π
- Hiệ u điệ n thế hai đầ u
đoạ n mạ ch biế n thiên
điề u hoà trễ pha so vớ i
dòng điệ n góc
2
π
.
Đị nh
luậ t
Ohm
U
I
R
=
L
U
I
Z
=
C
U
I
Z
=
III. DÒNG ĐIỆ N XOAY CHIỀ U TRONG ĐOẠ N MẠ CH RLC. CÔNG SUẤ T CỦ A DÒNG
ĐIỆ N XOAY CHIỀ U.
B
ur
B
ur
B
ur
n
r
B
ur
α
B
ur
ω
B
ur
x
B
ur
x’
R
A B
C
A B
L
A B
2
1. Dòng điệ n xoay chiề u trong đoạ n mạ ch RLC
Giả sử giữ a hai đầ u đoạ n mạ ch RLC có hiệ u điệ n thế
0
u U sin t
= ω
thì trong mạ ch có dòng điệ n xoay chiề u
0
i I sin( t )
= ω − ϕ
; trong đó:
0
0
U
I
Z
= ;
2 2
L C
Z R (Z Z )
= + − gọ i là tổ ng trở củ a đoạ n mạ ch RLC.
L C
Z Z
tg
R
−
ϕ = ( ϕ là góc lệ ch pha giữ a hiệ u điệ n thế hai đầ u đoạ n mạ ch vớ i cư ờ ng độ dòng
điệ n qua mạ ch.
2. Hiệ n tư ợ ng cộ ng hư ở ng trong đoạ n mạ ch RLC nố i tiế p
Khi hiệ n tư ợ ng cộ ng hư ở ng xả y ra: 2
max min L C
I I Z Z Z Z 0 LC 1
= ⇒ = ⇔ − = ⇒ ω =
.
=> Cư ờ ng độ dòng điệ n cự c đạ i là: max
U
I
R
=
=> Hiệ u điệ n thế giữ a hai đầ u đoạ n mạ ch và cư ờ ng độ dòng điệ n cùng pha.
3. Công suấ t củ a dòng điệ n xoay chiề u
P UIcos
= ϕ
cosϕ gọ i là hệ số công suấ t đư ợ c xác đị nh bở i
R
cos
Z
ϕ =
Hoặ c có thể tính công suấ t từ
2
P RI
=
IV. MÁY PHÁT ĐIỆ N
1. Cấ u tạ o và nguyên tắ c hoạ t độ ng
Máy phát điệ n
xoay chiề u mộ t pha
Máy phát điệ n
xoay chiề u ba pha
Máy phát điệ n
mộ t chiề u
Nguyên
tắ c
hoạ t
độ ng
Dự a trên hiệ n tư ợ ng cả m ứ ng điệ n từ
Cấ u tạ o
- Phầ n cả m: tạ o ra từ
trư ờ ng.
- Phầ n ứ ng: tạ o ra dòng
điệ n.
Phầ n cả m cũng như
phầ n ứ ng có thể quay
hoặ c đứ ng yên. Bộ
phậ n quay gọ i là roto
và bộ phậ n đứ ng yên
gọ i là stato.
- Bộ góp: gồ m hai vành
khuyên đặ t đồ ng trụ c,
cách điệ n và hai chổ i
quét tì lên hai vành
khuyên.
- Stato: ba cuộ n dây đặ t
lệ ch nhau 1200 trên
vòng tròn để tạ o ra
dòng điệ n.
- Roto là mộ t nam
châm điệ n tạ o ra từ
trư ờ ng.
- Tư ơ ng tự máy phát
điệ n xoay chiề u mộ t
pha.
- Bộ góp: gồ m hai vành
bán khuyên đặ t đồ ng
trụ c, cách điệ n và hai
chổ i quét tì lên các
vành bán khuyên.
2. Dòng điệ n xoay chiề u ba pha
a. Đị nh nghĩa: Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện
'
2
B
xoay chiều cùng biên
độ, cùng tần số, như ng lệch nhau về pha một góc
R
B
C
L
A
3
bằng
2
3
π
rad, hay1200, tức là lệch nhau về thời gian
1
3
chu kỳ.
b. Cách mắc dòng điệ n xoay chiều ba pha:
• Cách mắc hình sao:
+ Hiệu điện thế giữa dây pha với dây trung hoà gọi là hiệu điện thế pha, ký hiệu Up.
+ Hiệu điện thế giữa hai dây pha với nhau gọi là hiệu địên thế dây, ký hiệu Ud.
+ Liên hệ giữa hiệu điện thế dây và hiệu điện thế pha:
d p
U 3U
=
• Cách mắc tam giác:
IV. ĐỘ NG CƠ KHÔNG ĐỒ NG BỘ BA PHA
I.1. Nguyên tắ c hoạ t độ ng: dựa trên hiện tư ợng cảm ứng điện từ và bằng cách sử dụng từ trư ờng
quay.
I.2. Từ trư ờ ng quay củ a dòng điệ n xoay chiề u ba pha:
Cho dòng điện xoay chiều ba pha vào ba nam châm điện đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn.
Từ trư ờng tổng cộng của ba cuộn dây quay quanh tâm O với tần số bằng tần số dòng điện.
I.3. Cấ u tạ o: gồm hai bộ phận chính:
- Roto hình trụ có tác dụng như cuộn dây quấn trên lõi thép.
- Stato ba cuộn dây của ba pha điện quấn trên lõi thép đư ợc bố trí trên mọtt vành tròn để tao
ra từ trư ờng quay.
V. MÁY BIẾ N THẾ
1. Nguyên tắ c hoạ t độ ng: dựa trên hiện tư ợng cảm ứng điện từ.
2. Cấ u tạ o:
- Lõi thép gồm nhiều lá thép mỏng kỹ thuật điện ghép cách điện nhau, hình chữ nhật rỗng hoặc
hình tròn rỗng.
- Hai cuộn dây bằng đồng có điện trở nhỏ quấn chung trên lõi thép, số vòng dây của hai cuộn
khác nhau. Một cuộn nối với mạch điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp và cuộn kia nối với tải tiêu
thụ gọi là cuộn thứ cấp.
3. Sự biế n đổ i hiệ u điệ n thế và cư ờ ng độ dòng điệ n qua máy biế n thế :
* Gọi N, N’ lần lư ợt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
U, U’ lần lư ợt là hiệu điện thế hai đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp.
U ' N '
U N
=
Nếu N’ > N => U’ > U : máy tăng thế.
Nếu N’ < N => U’ < U : máy hạ thế.
* Khi mạch thứ cấp kín, giả sử hiệu suất máy biến thế bằng 1, ta có:
U ' I
U I '
=
; trong đó
I và I’ lần lư ợt là cư ờng độ dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp và thứ cấp.
4. Ứ ng dụ ng: máy biến thế có ứng dụng quan trọng trong việc truyền tải điện năng.
VI. CHỈ NH LƯ U DÒNG ĐIỆ N XOAY CHIỀ U
- Để tạo ra dòng điện một chiều, phư ơ ng pháp phổ biến hiện nay là chỉnh lư u dòng điện xoay
chiều.
- Dụng cụ chỉnh lư u: diod bán dẫn.
A
1
A2 A3
'
1
A
'
2
A
'
3
A
B1
B2
B3
'
1
B
'
3
B
Dây pha 1
Dây pha 2
Dây pha 3
U
d
Up
A
1
A2
A3
'
1
A
'
2
A
'
3
A
B1 B2
B3
'
1
B
'
2
B
'
3
B
Dây pha 1
Dây pha 2
Dây pha 3
4
- Phư ơ ng pháp chỉnh lư u: chỉnh lư u một nửa chu kỳ, chỉnh lư u hai nửa chu kỳ.
B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN
III.1. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về hiệu điện thế dao động điều hòa?
A. Hiệu điệ n thế dao động điều hòa là hiệu điện thế có giá trị biến thiên theo thời gian theo định
luật dạng sin hay cosin.
B. Hiệu điện thế dao động điều hòa là hiệu điện thế có giá trị biến thiên theo hàm bậc nhất đối
với thời gian.
C. Hiệu điện thế dao động điều hòa là hiệu điện thế luôn luôn cùng pha với dòng điện.
D. Các phát biểu A, B và C đều đúng
III.2. Chọn câu đúng. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều:
A. Dựa vào hiện tư ợng tự cảm.
B. Dựa vào hiện tư ợng cảm ứng điện từ.
C. Dựa vào hiện tư ợng quang điện.
D. Dựa vào hiện tư ợng giao thoa.
III.3. Chọn câu đúng. Dòng điện xoay chiều là dòng điện có:
A. biểu thức 0
i I sin( t )
= ω + ϕ
B. cư ờng độ dòng điện biến thiên điều hòa theo thời gian.
C. tần số xác định.
D. A, B và C đều đúng.
III.4. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về dòng điện xoay chiều?
A. Dòng điện xoay chiều là dòng điện có trị số biến thiên theo thời gian, theo quy luật dạng sin
hoặc cosin.
B. Dòng điện xoay chiều có chiều luôn thay đổi.
C. Dòng điện xoay chiều thực chất là một dao động điện cư ỡng bức.
D. Cư ờng độ dòng điện đư ợc đo bằng ampe kế khung quay.
III.5. Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về cư ờng độ hiệu dụng và hiệu điện thế hiệu dụng?
A. Dùng ampe kế có khung quay để đo cư ờng độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.
R
D A
B
R
D1
D2
D3
D4
A B
5
B. Dùng vôn kế có khung quay để đo hiệu điện thế hiệu dụng.
C. Nguyên tắc cấu tạo của các máy đo cho dòng xoay chiều là dựa trên những tác dụng mà độ
lớn tỷ lệ với bình phư ơ ng cư ờng độ dòng điện.
D. Hiệu điện thế hiệu dụng tính bởi công thức: U =
0
2
U
III.6. Chọn câu đúng. Cho dòng điện xoay chiều có biểu thức 0
i I sin( t )
= ω + ϕ
đi qua điện trở R
trong khoảng thời gian t. Nhiệt lư ợng toả ra trên điện trở là:
A.
2
0
2
=
I
Q R t
B. Q = Ri2t
C.
2
0
4
I
Q R t
= D. Q = R2It
III.7. Một dòng điện xoay chiều có tần số f = 60 Hz. Trong mỗi giây dòng điện đổi chiều mấy lần?
Hãy chọn đáp án đúng.
A. 120 lần. B. 240 lần. C. 30 lần . D. 60 lần .
III.8. Điều nào sau đây là đúng khi nói về đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần?
A. Hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch chỉ có điện trở luôn luôn biến thiên điều hoà cùng pha với
dòng điện.
B. Pha của dòng điện qua đoạn mạch chỉ có điện trở luôn bằng không.
C. Biểu thức định luật Ohm của đoạn mạch chỉ có điện trở là U =
I
R
D. Nếu biểu thức cư ờng độ dòng điện qua đoạn mạch chỉ có điện trở là i = I0sinωt thì biểu
thức hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch là 0
sin( )
u U t
ω ϕ
= +
.
III.9. Chọn câu đúng. Đặt vào hai đầu đọan mạch chỉ có tụ điện thuần dung kháng một hiệu điện thế
xoay chiều 0
u U sin t
= ω
thì biểu thức cư ờng độ dòng điện qua mạch là :
A. 0
i CU sin( t )
2
π
= ω ω +
B. 0
U
i sin( t )
C 2
π
= ω +
ω
C. 0
i CU sin( t )
2
π
= ω ω −
D. 0
U
i sin( t )
C 2
π
= ω −
ω
III.10. Chọn câu đúng. Trong đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện thì dung kháng có tác
dụng :
A. làm cho hiệu điện thế hai bản tụ điện luôn sớm pha hơ n dòng điện góc
2
π
.
B. làm cho hiệu điện thế hai bản tụ điện luôn trễ pha so với dòng điện góc
2
π
.
C. làm cho hiệu điện thế cùng pha với dòng điện.
D. làm thay đổi góc lệch pha giữa hiệu điện thế và dòng điện.
III.11. Chọn câu đúng. Đặt vào hai đầu đọan mạch chỉ có cuộn cảm thuần cảm kháng một hiệu điện
thế xoay chiều 0
u U sin t
= ω
thì biểu thức cư ờng độ dòng điện qua mạch là :
A. 0
i LU sin( t )
2
π
= ω ω +
B. 0
U
i sin( t )
L 2
π
= ω +
ω
C. 0
i LU sin( t )
2
π
= ω ω −