Dòng điện xoay chiều một pha

Thu được dòng điện xoay chiều

Nếu quay dây dẫn A trong từ thông tạo bởi hai cực của nam châm theo chiều kim đồng hồ (Hình 1) thì khi dây dẫn đi qua các đường sức từ sẽ sinh ra lực từ d. s có giá trị được xác định bởi biểu thức

E = Blvsinα,

trong đó B là cảm ứng từ tính bằng T, l là chiều dài của dây tính bằng m, v là tốc độ của dây tính bằng m / s, α - góc mà dây cắt qua các đường sức từ.

Cho B, I và v trong trường hợp này không đổi thì e cảm ứng. vân vân. c.chỉ phụ thuộc vào góc α mà dây dẫn đi qua từ trường. Vậy tại thời điểm 1, khi khung dây chuyển động dọc theo các đường sức từ thì suất điện động cảm ứng có giá trị bằng bao nhiêu. vân vân. p sẽ bằng 0 khi dây di chuyển đến điểm 3 oe. vân vân. v. sẽ có tầm quan trọng lớn nhất, vì các đường sức sẽ bị dây dẫn cắt ngang theo hướng vuông góc với chúng, và cuối cùng, ví dụ: vân vân. v. sẽ lại bằng không nếu dây được di chuyển đến điểm 5.

Cơm. 1. Thay đổi e cảm ứng. vân vân. pp.trong một dây dẫn quay trong từ trường

Tại các điểm trung gian 2 và 4, trong đó dây cắt các đường sức một góc α = 45°, giá trị suất điện động cảm ứng. vân vân. c.tương ứng sẽ nhỏ hơn tại điểm 3. Do đó, khi dây được quay từ điểm 1 đến điểm 5, tức là 180°, thì suất điện động cảm ứng. vân vân. v. thay đổi từ 0 đến cực đại và trở về 0.

Rõ ràng là khi quay thêm một vòng dây A qua một góc 180° (qua các điểm 6, 7, 8 và 1), bản chất của sự thay đổi e cảm ứng. vân vân. p. sẽ giống nhau, nhưng hướng của nó sẽ thay đổi ngược lại, vì dây dẫn sẽ đi qua các đường sức từ đã có ở cực kia, tương đương với việc đi qua chúng theo hướng ngược lại đầu tiên.

Do đó, khi dây quay 360° thì suất điện động cảm ứng. vân vân. v. không chỉ luôn luôn thay đổi độ lớn mà còn thay đổi hướng hai lần.

Nếu dây được đóng vào một số điện trở thì dây sẽ xuất hiện điện, cũng khác nhau về kích thước và hướng.

Dòng điện biến đổi liên tục về độ lớn và chiều gọi là dòng điện xoay chiều.

Sóng hình sin là gì?

Bản chất của sự thay đổi e. vân vân. (dòng điện) cho một vòng dây để rõ ràng hơn, chúng được biểu thị bằng đồ họa bằng một đường cong. Vì giá trị của e. vân vân. c. tỷ lệ thuận với sinα, sau đó, khi đã đặt các góc nhất định, có thể sử dụng các bảng để xác định giá trị sin của từng góc và trên thang đo thích hợp để xây dựng một đường cong cho sự thay đổi của e. vân vân. c. Để làm điều này, trên trục hoành, chúng ta sẽ đặt các góc quay của dây và trên trục tung, theo tỷ lệ thích hợp, e cảm ứng. vân vân. với

Nếu trước đó được chỉ định trong hình.1 nối các điểm bằng một đường cong trơn, sau đó nó sẽ đưa ra ý tưởng về độ lớn và bản chất của sự thay đổi trong e cảm ứng. vân vân. (dòng điện) tại bất kỳ vị trí nào của dây dẫn trong từ trường. Do thực tế là giá trị của e cảm ứng. vân vân. p. tại bất kỳ thời điểm nào được xác định bởi sin của góc mà dây dẫn đi qua từ trường như trong hình. 1 đường cong được gọi là hình sin, và e. vân vân. s. — hình sin.

Cơm. 2. Hình sin và các giá trị đặc trưng của nó

Những thay đổi chúng tôi đã xem xét e. vân vân. c.tương ứng với hình sin ứng với chuyển động quay của ống dây trong từ trường một góc 360°. Khi quay ống dây 360° tiếp theo thì suất điện động cảm ứng thay đổi. vân vân. s.(và dòng điện) sẽ xuất hiện lại dưới dạng sóng hình sin, nghĩa là chúng sẽ lặp lại định kỳ.

Theo đó, gây ra bởi e. vân vân. c.được gọi là dòng điện xoay chiều hình sin... Rõ ràng là điện áp mà chúng ta có thể đo được ở hai đầu dây A, khi có mạch ngoài kín, cũng sẽ thay đổi theo hình sin.

Dòng điện xoay chiều thu được bằng cách quay một dây dẫn trong từ thông hoặc một hệ thống các dây dẫn nối trong một cuộn dây được gọi là dòng điện xoay chiều một pha.

Dòng điện xoay chiều hình sin được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật. Tuy nhiên, bạn có thể tìm thấy các dòng điện xoay chiều không thay đổi theo định luật hình sin. Dòng điện xoay chiều như vậy được gọi là không hình sin.

Xem thêm: Dòng điện xoay chiều là gì và nó khác với dòng điện một chiều như thế nào

Biên độ, chu kỳ, tần số của dòng điện xoay chiều một pha

Sức mạnh hiện tại, thay đổi dọc theo hình sin, thay đổi liên tục. Vì vậy, nếu tại điểm A (Hình 2) dòng điện bằng 3a, thì tại điểm B, nó sẽ lớn hơn.Tại một số điểm khác trên hình sin, chẳng hạn tại điểm C, dòng điện lúc này sẽ có một giá trị mới, v.v.

Cường độ dòng điện tại những thời điểm nhất định khi nó biến thiên theo hình sin gọi là trị số dòng điện tức thời.

Giá trị tức thời lớn nhất của dòng điện xoay chiều một pha được gọi là khi nó biến thiên theo biên độ hình sin... Dễ thấy rằng cứ một vòng dây thì dòng điện đạt giá trị biên độ hai lần. Một trong các giá trị của aa' là dương và được vẽ lên từ trục 001 và bv' kia là âm và được vẽ xuống từ trục.

Khoảng thời gian mà e cảm ứng. vân vân. (hoặc lực lượng hiện tại) trải qua toàn bộ chu kỳ thay đổi, cái gọi là chu kỳ hàng tháng T (Hình 2). Khoảng thời gian thường được đo bằng giây.

Nghịch đảo của khoảng thời gian được gọi là tần số (f). Nói cách khác, tần số dòng điện xoay chiều là số chu kỳ trên một đơn vị thời gian, tức là trong giâydoo. Vì vậy, ví dụ, nếu một dòng điện xoay chiều trong 1 giây có cùng giá trị và hướng mười lần, thì tần số của dòng điện xoay chiều đó sẽ là 10 chu kỳ mỗi giây.

Để đo tần số, thay vì số chu kỳ trên giây, một đơn vị gọi là hertz (hertz) được sử dụng. Tần số 1 hertz tương đương với tần số 1 lps / giây. Khi đo tần số cao, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng đơn vị lớn hơn hertz 1000 lần, tức là kilohertz (kHz), hoặc lớn hơn 1.000.000 lần so với hertz — megahertz (mhz).

Dòng điện xoay chiều dùng trong kỹ thuật, tùy theo tần số có thể chia thành dòng điện tần số thấp và dòng điện tần số cao.

giá trị hiệu dụng AC

Dòng điện một chiều chạy qua dây dẫn nóng lên. Nếu cho dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn thì dây cũng nóng lên.Điều này cũng dễ hiểu vì mặc dù dòng điện xoay chiều luôn đổi chiều nhưng sự tỏa nhiệt hoàn toàn không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong dây dẫn.

Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua bóng đèn thì dây tóc bóng đèn phát sáng. Ở tần số dòng điện xoay chiều tiêu chuẩn là 50 Hz, ánh sáng sẽ không nhấp nháy, vì dây tóc của bóng đèn sợi đốt, có quán tính nhiệt, không có thời gian để hạ nhiệt vào những thời điểm dòng điện trong mạch bằng không. Việc sử dụng dòng điện xoay chiều có tần số dưới 50 Hz để chiếu sáng hiện nay là điều không mong muốn do thực tế là có sự dao động khó chịu, mỏi mắt về cường độ của bóng đèn.

Tiếp tục phép loại suy dòng điện một chiều, chúng ta có thể mong đợi rằng dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn tạo ra xung quanh nó từ trường. Thực ra dòng điện xoay chiều không tạo ra từ trường, nhưng vì từ trường mà nó tạo ra cũng sẽ biến thiên về hướng và độ lớn.

Dòng điện xoay chiều luôn thay đổi cả về cường độ và hướngNS. Đương nhiên, câu hỏi đặt ra là làm thế nào để đo lường tốt biến T và giá trị của nó khi thay đổi dọc theo hình sin nên được coi là nguyên nhân gây ra hành động này hay hành động kia.

C Với mục đích này, dòng điện xoay chiều được so sánh về tác dụng mà nó tạo ra với dòng điện một chiều, giá trị của dòng điện này không thay đổi trong quá trình thí nghiệm.

Giả sử có dòng điện một chiều chạy qua dây dẫn có điện trở không đổi 10 A và người ta thấy rằng dây dẫn nóng lên đến nhiệt độ 50°.Nếu bây giờ chúng ta chạy qua cùng một dây không phải là dòng điện một chiều mà là dòng điện xoay chiều, và vì vậy chúng ta chọn giá trị của nó (ví dụ như tác động với một biến trở) sao cho dây cũng được làm nóng đến nhiệt độ 50 °, thì trong trường hợp này chúng ta có thể nói rằng tác dụng của dòng điện xoay chiều bằng tác dụng của dòng điện một chiều.

Nung nóng dây dẫn trong cả hai trường hợp đến cùng một nhiệt độ chứng tỏ trong một đơn vị thời gian dòng điện xoay chiều tỏa ra ở dây dẫn một nhiệt lượng bằng dòng điện một chiều.

Dòng điện xoay chiều hình sin phát ra cho một điện trở nhất định trên một đơn vị thời gian cùng một lượng nhiệt như dòng điện một chiều có độ lớn tương đương với dòng điện một chiều... Giá trị dòng điện này được gọi là giá trị hiệu dụng (Id) hoặc giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều .. Do đó, đối với ví dụ của chúng tôi, giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều sẽ là 10 A... Trong trường hợp này, giá trị dòng điện cực đại (cực đại) sẽ vượt quá giá trị trung bình về độ lớn.

Kinh nghiệm và tính toán cho thấy các giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều nhỏ hơn các giá trị biên độ của nó trong √2(1,41) lần. Do đó, nếu giá trị cực đại của dòng điện đã biết, thì giá trị hiệu dụng của dòng điện Id có thể được xác định bằng cách chia biên độ của dòng điện Ia cho √2, tức là Id = Aza/√2

Ngược lại, nếu biết giá trị rms của dòng điện, thì có thể tính được giá trị cực đại của dòng điện, tức là Ia = Azd√2

Các mối quan hệ tương tự sẽ giữ cho biên độ và các giá trị rms của e. vân vân. v. và điện áp: Đơn vị = Ea /√2, Ud = Uа/√2

Các thiết bị đo thường hiển thị các giá trị thực tế nhất, do đó, khi ký hiệu, chỉ số «d» thường bị bỏ qua, nhưng bạn không nên quên nó.

Trở kháng trong mạch điện xoay chiều

Khi người tiêu dùng điện cảm và điện dung được kết nối với mạch điện xoay chiều, phải xem xét cả hoạt động và điện kháng (phản ứng xảy ra khi bật hoặc tắt tụ điện). cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều). Do đó, khi xác định dòng điện đi qua một người tiêu dùng như vậy, cần phải chia điện áp cung cấp cho trở kháng của mạch (người tiêu dùng).

Tổng trở (Z) của mạch điện xoay chiều một pha được xác định theo công thức sau:

Z = √(R2 + (ωL — 1 / ωC)2

Trong đó R là điện trở hoạt động của mạch tính bằng ôm, L là độ tự cảm của mạch tính bằng henry, C là điện dung của mạch (tụ điện) tính bằng fara, ω - tần số góc của dòng điện xoay chiều.

Những người tiêu dùng khác nhau được sử dụng trong các mạch điện xoay chiều, nơi cần xem xét cả ba giá trị của R, L, C hoặc chỉ một số trong số chúng. Đồng thời phải tính đến tần số góc của dòng điện xoay chiều.

Đối với một số người dùng, chỉ có thể tính đến các giá trị của R và L ở các giá trị tần số góc tương ứng.Ví dụ: ở tần số AC là 50 Hz cuộn dây điện từ hoặc cuộn dây máy phát chỉ có thể được coi là chứa điện trở hoạt động và điện cảm. Nói cách khác, điện dung trong trường hợp này có thể được bỏ qua. Sau đó, trở kháng AC của người dùng như vậy có thể được tính theo công thức:

Z = √(R2 + ω2L2)

Nếu một cuộn dây hoặc cuộn dây được thiết kế để vận hành dòng điện xoay chiều như vậy được kết nối với dòng điện một chiều có cùng điện áp, thì một dòng điện rất lớn sẽ chạy qua cuộn dây, có thể dẫn đến sinh nhiệt đáng kể và lớp cách điện của cuộn dây có thể bị hỏng. Ngược lại , một dòng điện nhỏ sẽ chạy qua một cuộn dây được thiết kế để hoạt động trong mạch điện một chiều và được kết nối với mạch điện xoay chiều có cùng điện áp, và thiết bị sử dụng cuộn dây này sẽ không thực hiện hành động cần thiết.

Tam giác điện trở, tam giác điện áp và tam giác công suất: