2.1.2. Nội dung kiến thức chủ đề “Dòng điện xoay chiều”

- Tính toán, nghiên cứu trên thí nghiệm để kiểm chứng hoặc bác bỏ một giả thuyết.

- Ứng dụng các kiến thức đã học để giải quyết vấn đề thực tiễn.

- Giao tiếp, hợp tác.

2.1.2. Nội dung kiến thức chủ đề “Dòng điện xoay chiều”

2.1.2.1. Các đặc trưng của dòng điện xoay chiều

+ Khái niệm về dòng điện xoay chiều:

Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay côsin, với dạng tổng quát:

�� =��0cos(����+��) Điện áp tức thời hai đầu mạch:

�� =��0cos ���� + Những đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều :

- Các giá trị tức thời, cực đại, hiệu dụng của cường độ dòng điện, điện áp,… - Tần số góc, tần số và chu kỳ.

- Pha và pha ban đầu.

+ Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều:

Người ta tạo ra dòng điện xoay chiều bằng máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

+ Giá trị hiệu dụng:

Thực nghiệm chứng tỏ rằng, dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt như dòng điện một chiều. Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua một dây dẫn có điện trở R thì dây dẫn ấy nóng lên. Điều đó chứng tỏ có một nhiệt lượng tỏa ra trong dây dẫn. Nhiệt lượng này bằng điện năng tiêu thụ trong R. Nếu i là cường độ tức thời chạy qua R, thì công suất tức thời tiêu thụ trong R cũng được tính theo công thức:

��=����2 =����0 2 ������2����

Giá trị trung bình của p trong một chu kì là: �� =��=

1 2 ����0

2

→ Công suất toả nhiệt trung bình trên điện trở thuần bằng một nửa công suất cực đại của dòng điện xoay chiều hình sin (chạy qua điện trở thuần này).

Giá trị cực đại Giá trị hiệu dụng = √2

2.1.2.2. Máy biến áp

Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.

+ Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp

Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín. Lõi thường được làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silic, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Fu-cô. Các cuộn dây thường làm bằng đồng, đặt cách điện với nhau và được cách điện với lõi.

Hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một trong hai cuộn của máy biến áp được nối với nguồn điện xoay chiều, gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ, gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều.

+ Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp

��1 ��2 ��2 ��1

Trong đó, ��1, ��1 là cường độ dòng điện và điện áp ở cuộn sơ cấp; ��2, ��2 là cường độ dòng điện và điện áp ở cuộn thứ cấp.

+ Truyền tải điện năng Điện năng truyền tải đi xa thường bị tiêu hao đáng kể, chủ yếu do tỏa nhiệt trên đường dây. Gọi R là điện trở đường dây, �� là công suất truyền đi, U là điện áp ở nơi phát, �������� là hệ số công suất của mạch điện thì công suất hao phí trên dây là:

∆�� =����2

��2 (����������)2

Đối với một hệ thống truyền tải điện năng với �������� và �� xác định, có hai cách giảm ∆�� Cách thứ nhất: giảm điện trở R của đường dây

Cách thế hai: tăng điện áp U ở nơi phát điện và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cần thiết.

2.1.2.3. Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều

+ Điốt chỉnh lưu: Dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều. Nó hoạt động trên cơ sở tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p-n.

Kí hiệu:

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy qua điốt bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó:

Mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode:

Mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu:

Đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng điốt:

Đồ thị chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu: