CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1.Sự tạo thành suất điện động xoay chiều.

* Máy phát điện xoay chiều 1 pha

Các bộ phận chính: 

 Phần cảm là nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện. Đó là phần tạo ra từ trường.

 Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động.

  Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto.

+ Hoạt động: khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng, suất điện động này được đưa ra ngoài để sử dụng.

+ Nếu từ thông qua cuộn dây là (t) thì suất điện động cảm ứng trong cuộn dây là:

e = - = - ’(t)

+ Tần số của dòng điện xoay chiều: Máy phát có một cuộn dây và một nam châm (gọi là một cặp cực) và rôto quay n vòng trong một giây thì tần số dòng điện là f = n. Máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong một giây thì f = np. Máy có p cặp cực, rô to quay n vòng trong một phút thì f = .

* Công thức cần nhớ.

1. Biểu thức điện áp tức thời và dòng điện tức thời:

u = U0cos(wt + u) và i = I0cos(wt + i)

Với = u – i là độ lệch pha của u so với i, có

2. Dòng điện xoay chiều i = I0cos(2ft + i)

   * Mỗi giây đổi chiều 2f lần

   * Nếu pha ban đầu i = hoặc i = thì chỉ giây đầu tiên đổi chiều 2f-1 lần.

3. Công thức tính thời gian đèn huỳnh quang sáng trong một chu kỳ

    Khi đặt điện áp u = U0cos(t + u) vào hai đầu bóng đèn, biết đèn chỉ sáng lên khi u ≥ U1.

Với ,  (0 < < /2)

4. Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch R,L,C

   * Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R: uR cùng pha với i, ( = u – i = 0)

        và

 Lưu ý: Điện trở R cho dòng điện không đổi đi qua và có

   * Đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm L: uL nhanh pha hơn i là , ( = u – i =)

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

            và với ZL = L là cảm kháng

 Lưu ý: Cuộn thuần cảm L cho dòng điện không đổi đi qua hoàn toàn (không cản trở).

   * Đoạn mạch chỉ có tụ điện C: uC chậm pha hơn i là , ( = u – i =-)

        và với là dung kháng

 Lưu ý: Tụ điện C không cho dòng điện không đổi đi qua (cản trở hoàn toàn).

   * Đoạn mạch RLC không phân nhánh

=> ; =>

=>

  với

 + Khi ZL > ZC hay > 0 thì u nhanh pha hơn i

 + Khi ZL < ZC hay < 0 thì u chậm pha hơn i

 + Khi ZL = ZC hay = 0 thì u cùng pha với i.

   Lúc đó gọi là hiện tượng cộng hưởng dòng điện

5. Công suất toả nhiệt trên đoạn mạch RLC:

    * Công suất tức thời: P = UIcos+ UIcos(2wt + u + i)  

    * Công suất trung bình: P = UIcos=  I2R.

6. Điện áp: u = U1 + U0cos(t +) được coi gồm một điện áp không đổi U1 và một điện áp xoay chiều u=U0cos(t +) đồng thời đặt vào đoạn mạch.

7. Tần số dòng điện do máy phát điện xoay chiều một pha có P cặp cực, rôto quay với vận tốc n vòng/giây phát ra: f = pn Hz

Từ thông gửi qua khung dây của máy phát điện = NBScos(t +) = 0cos(t +)

Với 0 = NBS là từ thông cực đại, N là số vòng dây, B là cảm ứng từ của từ trường, S là diện tích của vòng dây, = 2f

Suất điện động trong khung dây: e = NSBcos(t + - ) = E0cos(t + - )

Với E0 = NSB là suất điện động cực đại.

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

*Mô tả bài toán: Thường yêu cầu tìm các đại lượng thường gặp như từ thông, cảm ứng từ, suất điện động, số vòng dây cuốn, tần số, các giá trị hiệu dụng...

* Phương pháp giải:

Từ thông qua khung dây của máy phát điện:

 = NBScos() = NBScos(t + ) = 0cos(t + ); với 0 = NBS.                                         (Với = L I  và Hệ số tự cảm  L = 4.10-7 N2.S/l )

Suất động trong khung dây của máy phát điện:

e = - = - ’ = NBSsin(t + ) = E0cos(t +  - ); với E0 = 0 = NBS.

+ S: Là diện tích một vòng dây ;

+ N: Số vòng dây của khung

+: Véc tơ cảm ứng từ của từ trường đều ( vuông góc với trục quay )

+: Vận tốc góc không đổi của khung    ( Chọn gốc thời gian t=0 lúc ( 00)  

Các giá trị hiệu dụng: I = ; U = ; E = .

Tần số dòng điện do máy phát điện xoay chiều một pha có P cặp cực, rôto quay với vận tốc n vòng/giây:

f = pn Hz

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

VD3: (ĐH 2011). Một khung dây dẫn phẳng quay đều với tốc độ góc  quanh một trục cố định nằm trong mặt phẳng khung dây, trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay của khung. Suất điện động cảm ứng trong khung có biểu thức e = E0cos(t +).

Tại thời điểm t = 0, vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc bằng

 A. 450. B. 1800. C. 900. D. 1500.

VD4 (ĐH 2011). Một máy phát điện xoay chiều một pha có phần ứng gồm bốn cuộn dây giống nhau mắc nối tiếp. Suất điện động xoay chiều do máy phát sinh ra có tần số 50 Hz và giá trị hiệu dụng V. Từ thông cực đại qua mỗi vòng của phần ứng là mWb. Số vòng dây trong mỗi cuộn dây của phần ứng là

 A. 71 vòng. B. 200 vòng. C. 100 vòng. D. 400 vòng.

VD5: (ĐH 2009). Từ thông qua một vòng dây dẫn là   = cos(100t + ) (Wb). Biểu thức của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây này là

 A. e = 2cos(100t - ) (V). B. e = 2cos(100t - ) (V).

 C. e = 2cos100t (V). D. e = 2cos(100t + ) (V).

VD6 (ĐH-2008): Một khung dây dẫn hình chữ nhật có 100 vòng, diện tích mỗi vòng 600 cm2, quay đều quanh trục đối xứng của khung với vận tốc góc 120 vòng/phút trong một từ trường đều có cảm ứng từ bằng 0,2T. Trục quay vuông góc với các đường cảm ứng từ. Chọn gốc thời gian lúc vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây ngược hướng với vectơ cảm ứng từ. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong khung là

 A.  B.

 C.  D.

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

VD8 (CĐ 2010). Một khung dây dẫn phẳng dẹt hình chữ nhật có         500 vòng dây, diện tích mỗi vòng là 220 cm2. Khung quay đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh một trục đối xứng nằm trong mặt phẳng của khung dây, trong một từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với trục quay và có độ lớn T. Suất điện động cực đại trong khung dây bằng

 A. V. B. V. C. 110 V. D. 220 V.

VD9 (CĐ 2011). Một khung dây dẫn phẳng, hình chữ nhật, diện tích 0,025 m2, gồm 200 vòng dây quay đều với tốc độ 20 vòng/s quanh một trục cố định trong một từ trường đều. Biết trục quay là trục đối xứng nằm trong mặt phẳng khung và vuông góc với phương của từ trường. Suất điện động hiệu dụng xuất hiện trong khung có độ lớn bằng 222 V. Cảm ứng từ có độ lớn bằng

 A. 0,50 T. B. 0,60 T. C. 0,45 T. D. 0,40 T.

VD10: Một khung dây có diện tích S = 60cm2  quay đều với vận tốc 20 vòng trong một giây. Khung đặt trong từ trường đều B = 2.10-2T. Trục quay của khung vuông góc với các đường cảm ứng từ, lúc t = 0 pháp tuyến khung dây   có hướng của  .

   a. Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây.

   b. Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây.

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Biểu thức của i và u: i= I0cos(t + i); u = U0cos(t + u).

Độ lệch pha giữa u và i:  = u - i.; tanφ = (ZL-Zc)/R

Biểu thức của cường độ dòng điện tức thời trong mạch:I = I0­

Giá trị hiệu dụng : + Cường độ dòng điện hiệu dụng: I =

+ Hiệu điện thế hiệu dụng:    U =

   * Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R: uR cùng pha với i.

( = u – i = 0)   và

 Lưu ý: Điện trở R cho dòng điện không đổi đi qua và có

   * Đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm L: uL nhanh pha hơn i là .

( = u – i =)   và với ZL = L là cảm kháng

 Lưu ý: Cuộn thuần cảm L cho dòng điện không đổi đi qua

   * Đoạn mạch chỉ có tụ điện C: uC chậm pha hơn i là , ( = u – i =-)

        và với là dung kháng

 Lưu ý: Tụ điện C không cho dòng điện không đổi đi qua (cản trở hoàn toàn).

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

VD1. Đặt vào hai đầu cuộn cảm L = 1/π(H) một hiệu điện thế xoay chiều 220V – 50Hz. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm là

A. I = 2,2A.   B. I = 2,0A.   C. I = 1,6A.   D. I = 1,1A.

VD2: Đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế xoay chiều u = 141cos(100πt)V. Dung kháng của tụ điện là

A. ZC = 50Ω.   B. ZC = 0,01Ω.  C. ZC = 1A.  D. ZC = 100Ω.

VD3: Đặt vào hai đầu cuộn cảm một hiệu điện thế xoay chiều u = 141cos(100πt)V. Cảm kháng của cuộn cảm là

A. ZL = 200Ω.   B. ZL = 100Ω.   C. ZL = 50Ω.   D. ZL = 25Ω.

VD4: Đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế xoay chiều u = 141cos(100πt)V. Cường độ dòng điện qua tụ điện là

A. I = 1,41A.   B. I = 1,00A.   C. I = 2,00A.   D. I = 100Ω.

VD5. Đặt vào hai đầu cuộn cảm một hiệu điện thế xoay chiều u = 141cos(100πt)V. Cường độ dòng điện hiệu dụng qua cuộn cảm là

A. I = 1,41A.   B. I = 1,00A.   C. I = 2,00A.   D. I = 100Ω.

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

VD7: ĐH  2008 Đặt điện áp xoay chiều có u = 100cos(t) V vào hai đầu mạch gồm điện trở R nối tiếp với tụ C có ZC = R. Tại thời điểm điện áp tức thời trên điện trở là 50V và đang tăng thì điện áp tức thời trên tụ là

A. – 50V.   B.–50V.  C. 50V.  D. 50V.

VD9. Điện áp xoay chiều giữa hai điểm A và B biến thiên điều hòa với biểu thức      

  u = 220cos(100πt + ) (trong đó u tính bằng V, t tính bằng s). Tại thời điểm t1 nó có giá trị tức thời u1 = 220 V và đang có xu hướng tăng. Hỏi tại thời điểm t2 ngay sau t1 5 ms thì nó có giá trị tức thời u2 bằng bao nhiêu?

CHỦ ĐỀ1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU