Cách tạo ra dòng điện xoay chiều 1 pha

Dòng điện xoay chiều là một trong những thuật ngữ quen thuộc trong lĩnh vực điện. Song khái niệm về dòng điện xoay chiều 1 pha là gì? và nó có ứng dụng như thế nào trong đời sống thì ít ai hiểu rõ. Chính vì vậy trong bài viết này chúng tôi sẽ chia sẻ với các bạn kiến thức từ cơ bản cho đến chuyên sâu về dòng điện xoay chiểu 1pha.

Để biết được dòng điện xoay chiều 1 pha là gì? Trước tiên chúng ta cần phải hiểu được dòng điện xoay chiều là gì?

Ở chương trình giáo dục trung học phổ thông chúng ta đã được làm quen và tìm hiểu về thuật ngữ dòng điện xoay chiểu thông qua bộ môn vật lý. Khái niệm dòng điện xoay chiều chúng ta đã được học ở trung học phổ thông như sau:

Dòng điện xoay chiều là dòng điện sở hữu cường độ dòng điện cũng như chiều của dòng điện biến đổi theo thời gian. Những thay đổi này của nó điễn ra một cách tuần hoàn theo một chu kỳ nhất định. Hiểu một cách đơn giản thì dòng điện xoay chiều chính là dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian.

Dòng điện xoay chiều

Trong lĩnh vực kỹ  thuật điện, dòng điện xoay chiều được viết tắt là AC đây là hai chữ cái đầu của cụm từ  Alternating Current trong tiếng Anh. Đồng thời, dòng điện này có ký hiệu là dấu “~” Biểu thị cho sự tuần hoàn theo một chu kỳ dạng sóng có hình sin.

Chu kỳ của dòng điện xoay chiều là khoảng thời gian để lặp lại vị trí cũ của dòng điện xoay chiều,  được ký hiện là “T” và có đơn vị tính là giây.  

Tần số điện xoay chiều là khái niệm được dùng để chỉ số lần lặp lại trạng thái cũ của dòng điện xoay chiều trong thời gian một giây, được ký hiệu là F và có đơn vị đo là Hz. Công thức để tính tần số của dòng điện xoay chiều là  F = 1/T. Trong đó T là chu kỳ của dòng điện.

>>> Tìm hiểu thêm: dòng điện là gì, các tác dụng của dòng điện

Để một dòng điện xoay chiều có thể xuất hiện chúng ta cần có các yếu tố như sau: Một cuộn dây kín có số đường sức đi qua tiết diện của nó luân phiên tăng, giảm.

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều

Có hai cách để tạo ra một dòng điện xoay chiều đó là: 

• Để nam châm quay xung quanh một cuộn dây kín. 
• Thực hiện cho một cuộn dây kín, quay xung quanh một trục thẳng đứng trong môi trường có từ trường của nam châm. 

Trong thực tế đời sống đời sống dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi những chiếc máy phát điện xoay chiều hoặc nó được biến đổi từ dòng điện 1 chiều thông qua bộ nghịch lưu sử dụng các chỉnh lưu Silic. 

Pha của dòng điện xoay chiều được chia làm ba trường hợp đó là: Hai dòng điện xoay chiều cùng pha, hai dòng điện xoay chiều lệch pha, hai dòng điện xoay chiều ngược pha. Cụ thể như sau:

• Hai dòng điện xoay chiều cùng pha: Được dùng để chỉ hai dòng điện có thời điểm tăng giảm điện áp như nhau.
• Hai dòng điện xoay chiều ngược pha: Đây là khái niệm chỉ hai dòng điện lệch pha với nhau 180 độ. Cụ thể là khi một trong hai dòng điện tăng thì dòng điện còn lại sẽ giảm và ngược lại.
• Hai dòng điện xoay chiều lệch pha: Đây là định nghĩa được dùng để miêu tả hai dòng điện có sự tăng giảm điện áp vào các thời điểm khác nhau.

Dòng điện xoay chiều 1 pha hay còn được gọi tắt là dòng điện 1 pha. Đây là  dòng điện chuyên dụng cho sinh hoạt tại các hộ gia đình, các thiết bị điện có công suất nhỏ [tiêu tốn ít điện năng].Về bản chất, dòng điện xoay chiều 1 pha là dòng điện được tách ra từ dòng điện xoay chiều 3 pha. Chiều và cường độ dòng điện của nó có sự thay đổi luân phiên theo thời gian.

Dòng điện xoay chiều 1 pha, trong mạch điện của nó có hai dây nối với nguồn điện. Hai dây này có một dây lửa [dây nóng] và một dây mát [dây lạnh]. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn của dòng điện 1 pha có sự khác nhau tùy theo khu vực. Điều này được thể hiện rất rõ qua hiệu điện thế xoay chiều 1 pha ở từng nước trên thế giới. Cụ thể như sau:

• Ở nước ta hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn của dòng điện xoay chiều 1 pha là 220V.
• Ở các nước như Nhật Bản, Đài Loan…có mức hiệu điện thế thấp hơn 220V là 100V.

Như chúng ta đã tìm hiểu ở trên dòng điện xoay chiều một pha là dòng điện lưới quốc gia phục vụ cho sinh hoạt của nước ta hiện nay. Bởi công suất nhỏ nên dòng điện này chỉ thích hợp sử dụng trong dân dụng chứ không phù hợp trong lĩnh vực công nghiệp.

Ứng dụng dòng điện xoay chiều 1 pha trong mạng lưới dân dụng

Trên đây là tòan bộ những chia sẻ của chúng tôi về dòng điện xoay chiều 1 pha. Hy vọng qua bài viết các bạn đã có được câu trả lời cho câu hỏi dòng điện xoay chiều 1 pha là gì?

17/09/2016 04:23 CH | 73467

1. Nguyên tắc:

Khi cho một khung dây quay đều trong từ trường đều thì trong khung dây xuất  hiện suất điện động cảm ứng xoay chiều. Nếu nối hai đầu khung dây với một mạch ngoài kín thì trong mạch ngoài có dòng điện xoay chiều.

Mời bạn xem đoạn video mô phỏng sau đây:

Nguyên tắc của máy phát điện xoay chiều

Và đoạn video sau đây:

Máy phát điện xoay chiều - Cấu tạo

2. Khảo sát lý thuyết

Đặt một khung dây N vòng trong từ trường đều 

 rồi cho khung dây quay đều trong từ trường này với tốc độ góc  như mô phỏng trong đoạn video sau đâu:

Trong đoạn video này: Màu đỏ là cực bắc [N] của nam châm, màu xanh là cực nam [S] của nam châm. Lúc t = 0 :  

 và     trùng nhau [hợp với nhau một góc bằng 0]

Bây giờ ta hãy xét trường hợp tổng quát:

• Lúc t = 0 :   và     hợp với nhau một góc là  
  . [ là vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây, vuông góc với mặt phẳng khung dây và có chiều dương chọn tùy ý].

• Tại thời điểm t:  đã quay được góc  
   nên   và     hợp nhau góc 

Như vậy tại thời điểm t từ thông qua khung là  

Trong đó  

  là từ thông cực đại qua khung, có đơn vị là vê -be [Wb]. Suất điện động cảm ứng trong khung lúc t là  [e là đạo hàm của từ thông   theo t]

Suy được:

Trong đó 

  là suất điện động cực đại trong khung, có đơn vị là vôn [V].

Nếu nối hai đầu khung dây với một mạch ngoài kín thì trong mạch có dòng điện xoay chiều.

Trở lại bài Máy phát điện xoay chiều

II. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian với phương trình có dạng   

trong đó i là cường độ tức thời,  Io là cường độ cực đại [biên độ của cường độ dòng điện],   là tần số góc của dòng điện và   là pha ban đầu của dòng điện.

Dưới đây là đồ thị của một dòng điện xoay chiều có cường độ cực đại Io = 4 A; chu kỳ T = 0,02 s, pha ban đầu 

Biểu thức của dòng điện này là 

2. Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi mà nếu cho chúng qua cùng một điện trỏ trong cùng khoảng thời gian thì chúng tỏa ra cùng một nhiệt lượng.

Người ta ký hiệu cường độ hiệu dụng là I và chứng minh được:

III. ĐIỆN ÁP [HIỆU ĐIỆN THẾ] DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA

1. Nếu trong đoạn mạch có dòng điện xoay chiều thì ở hai đầu đoạn mạch có một điện áp [hiệu điện thế] dao động điều hòa có dạng  

 trong đó u là cường độ tức thời, Uo là cường độ cực đại,  là tần số góc của dòng điện xoay chiều và   là pha ban đầu của điện áp.

Đồ thị của điện áp dao động điều hòa tương tự với độ thị của dòng điện xoay chiều.

2. Người ta cũng định nghĩa điện áp hiệu dụng như sau:

IV. ĐỘ LỆCH PHA GIỮA ĐIỆN ÁP DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Ở HAI ĐẦU MỘT ĐOẠN MẠCH  VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CHẠY TRONG ĐOẠN MẠCH:ĐÓ là

Trong bài toán đoạn mạch RLC không phân nhánh [xem bài kế tiếp] người ta thấy:

• Nếu    > 0 thì điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch sớm pha hơn dòng điện.
• Nếu    < 0 thì điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch trễ pha hơn dòng điện
• Nếu   = 0 thì điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch cùng pha hơn dòng điện

Tài liệu tham khảo thêm:

Video mô tả lý thuyết sâu hơn về máy phát điện xoay chiều:

Ôn tập Vật lý 12

Bài trước   Lên đầu trang   Bài kế tiếp   Trở về Trang chủ