Tần số góc của dòng điện xoay chiều - Vật lý 12

$U$ là giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế mạch điện xoay chiều.

$U_0$ là giá trị cực đại của hiệu điện thế mạch điện xoay chiều.

$u=U_0\cos \left(\omega t+{\phi }_u\right)$

Với $u,i$ là giá trị tức thời của hiệu điện thế , cường độ dòng điện trong mạch $\left(V\right) ; \left(A\right)$.

Với $U_0,I_0$ là giá trị cực đại của hiệu điện thế , cường độ dòng điện trong mạch .

Với $U,I$ là giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế , cường độ dòng điện trong mạch .

${\phi }_u,{\phi }_i$ pha ban đầu của u và i . 

Đồ thị của u và i theo t.u và i dao động cùng chu kì , tần số và có dạng hình sin, cos

Điện lượng chuyển qua từ thời điểm $t_1$ đến $t_2$

$i=I_0\cos \left(\omega t+{\phi }_i\right)$ (A)

$q={\int }_{t_1}^{t_2}idt=\frac{I_0}{\omega }\left(\sin \left(\omega t_2+{\phi }_i\right)-\sin \left(\omega t_1+{\phi }_i\right)\right)$

Trong 1 chu kì : $∆q=0$

$I, I_0$ Cường độ dòng điện hiệu dụng và cực đại trong mạch $\left(A\right)$.

$U,U_0$Hiệu điện thế hiệu dụng và cực đại trong mạch $\left(V\right)$.

$C$ Điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

Đối với mạch chỉ có cuộn cảm thuần cường độ dòng điện chậm pha $\frac{\pi }{2}$ với hiệu hiệu thế đặt vào mạch và hiệu điện thế vào hai đầu cuộn cảm thuần.

Đối với mạch chỉ có tụ điện cường độ dòng điện nhanh pha $\frac{\pi }{2}$  với hiệu hiệu thế đặt vào mạch và hiệu điện thế vào hai đầu tụ điện.

$U_L$ Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm thuần

$\omega$ tần số góc của dòng điện xoay chiều $\left(rad/s\right)$

$Z_L$ Cảm kháng của cuộn cảm $\left(\Omega \right)$

$L$ Độ tự cảm $\left(H\right)$

$U_C$ Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện

$\omega$ tần số góc của dòng điện xoay chiều $\left(rad/s\right)$

$Z_C$ Dung kháng của tụ điện$\left(\Omega \right)$

$C$ Điện dung của tụ điện $\left(F\right)$

$U_0$ Hiệu điện thế cực đại dặt vào mạch điện

$U_{0L}$ Hiệu điện thế cực đại dặt vào cuộn cảm thuần

$U_{0L}=Z_L.I_0=Z_L.\frac{U_0}{Z}$

$$\begin{gathered} {\phi }_L-{\phi }_i=\frac{\pi }{2} \\ {\phi }_u-{\phi }_i=\phi \\ \Rightarrow {\phi }_L=\frac{\pi }{2}-\phi +{\phi }_u \end{gathered}$$

$U_0$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào mạch điện

$U_{0C}$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào tụ điện

$U_{0C}=Z_C.I_0=Z_C.\frac{U_0}{Z}$

$$\begin{gathered} {\phi }_C-{\phi }_i=-\frac{\pi }{2} \\ {\phi }_u-{\phi }_i=\phi \\ \Rightarrow {\phi }_C=\frac{\pi }{2}-\phi +{\phi }_u \end{gathered}$$

$U_0$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào mạch điện

$U_{0R}$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào điện trở

$U_{0R}=R.I_0=R.\frac{U_0}{Z}$

$$\begin{gathered} {\phi }_L-{\phi }_i=0 \\ {\phi }_u-{\phi }_i=\phi \\ \Rightarrow {\phi }_L=-\phi +{\phi }_u \end{gathered}$$

$U_0$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào mạch điện

$U_{0RL}$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào điện trở và cuộn cảm thuần

$U_{0RL}=\sqrt{R^2+{Z_L}^2}.I_0=\sqrt{R^2+{Z_L}^2}.\frac{U_0}{Z}$

$$\begin{gathered} {\phi }_{RL}-{\phi }_i={\phi }_2 \\ {\phi }_u-{\phi }_i=\phi \\ \Rightarrow {\phi }_{RL}={\phi }_2-\phi +{\phi }_u \end{gathered}$$

$U_0$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào mạch điện

$U_{0RC}$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào điện trở và tụ điện

$U_{0RC}=\sqrt{R^2+{Z_C}^2}.I_0=\sqrt{R^2+{Z_C}^2}.\frac{U_0}{Z}$

$$\begin{gathered} {\phi }_{RC}-{\phi }_i={\phi }_2 \\ {\phi }_u-{\phi }_i=\phi \\ \Rightarrow {\phi }_{RC}={\phi }_2-\phi +{\phi }_u \end{gathered}$$

$U_0$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào mạch điện

$U_{0LC}$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào tụ điện và cuộn cảm thuần

$U_{0LC}=\left|Z_L-Z_C\right|.I_0=\left|Z_L-Z_C\right|.\frac{U_0}{Z}$

$$\begin{gathered} {\phi }_{LC}-{\phi }_i=\pm \frac{\pi }{2} \\ {\phi }_u-{\phi }_i=\phi \\ \Rightarrow {\phi }_{LC}=\pm \frac{\pi }{2}-\phi +{\phi }_u \end{gathered}$$

Chọn dấu

+ : Khi mạch có tính cảm kháng.

- : Khi mạch có tính dung kháng.

$U_0$ Hiệu điện thế cực đại đặt vào mạch điện

$I_0$ Dòng điện cực đại đặt vào mạch điện.

${\phi }_u$ pha ban đầu của hiệu điện thế.

${\phi }_i$ pha ban đầu của dòng điện.

$I$Cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch$\left(A\right)$

$U$Hiệu điện thế hiệu dụng trong mạch$\left(V\right)$

$Z$Tổng trở của mạch $\left(\Omega \right)$

$Z_{L }$Cảm kháng$\left(\Omega \right)$

$Z_C$Dung kháng$\left(\Omega \right)$

$r$ Điện trở trong của cuộn dây$\left(\Omega \right)$

$R$ Điện trở $\left(\Omega \right)$

$\omega$ Tần số góc của dòng điện xoay chiều$\left(rad/s\right)$

Tụ mắc nối tiếp : $\frac{1}{C}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+...+\frac{1}{C_n}$

Nhân $\frac{1}{\omega }$ 2 vế:

$\frac{1}{C\omega }=\frac{1}{C_1\omega }+\frac{1}{C_2\omega }+..+\frac{1}{C_n\omega }$

$\Rightarrow Z_C=Z_{C_1}+Z_{C_2}+...+Z_{C_n}$

Các tụ giống nhau :$Z_C=n{Z}_{C_1}$

Tụ mắc song song : $C=C_1+C_2+...+C_n$

Nhân $\omega$ 2 vế:

$$\begin{gathered} C\omega =C_1\omega +C_2\omega +...+C_n\omega \\ \Rightarrow \frac{1}{Z_C}=\frac{1}{Z_{C_1}}+\frac{1}{Z_{C_2}}+...+\frac{1}{Z_{C_n}} \end{gathered}$$

Các tụ giống nhau :$Z_C=\frac{Z_{C_1}}{n}$

Khi các cuộn cảm mắc nối tiếp : $L=L_1+L_2+...+L_n$

Nhân $\omega$ 2 vế : 

$$\begin{gathered} \omega L=\omega L_1+\omega L_2+...+\omega L_n \\ \Rightarrow Z_L=Z_{L_1}+Z_{L_2}+...+Z_{L_n} \end{gathered}$$

Khi các cuộn giống nhau: $L=n.L_1\Rightarrow Z_L=n.Z_{L_1}$

Khi các cuộn cảm mắc song song : $\frac{1}{L}=\frac{1}{L_1}+\frac{1}{L_2}+...+\frac{1}{L_n}$

Nhân $\frac{1}{\omega }$ 2 vế : 

$$\begin{gathered} 1/\omega L=1/\omega L_1+1/\omega L_2+...+1/\omega L_n \\ \Rightarrow \frac{1}{Z_L}=\frac{1}{Z_{L_1}}+\frac{1}{Z_{L_2}}+...+\frac{1}{Z_{L_n}} \end{gathered}$$

Khi các cuộn giống nhau: $L=n.L_1\Rightarrow Z_L=\frac{Z_{L_1}}{n}$

Hiện tượng cộng hưởng là hiện tương xảy ra trong mạch RLC ,thay đổi L,C, f để I,P max.Khi đó

$u$cùng pha với $i$ ,hệ số công suất $\cos \left(\phi \right)=1$

$Z_L$ cảm kháng

$Z_C$ dung kháng

${\omega }_0$ tần số góc xảy ra cộng hưởng, I max

${\phi }_0$ độ lệch pha khi cộng hưởng

$\phi {\text{'}}_0$ pha của mạch khi $\omega$ thay đổi đến ${\omega }_{Lmax}$

$U_{Lmax}$ hiệu điện thế cuộn cảm đạt cực đại khi $\omega$ thay đổi

$\phi {\text{'}}_0$ pha của mạch khi $\omega$ thay đổi đến ${\omega }_{Cmax}$

$U_{Cmax}$ hiệu điện thế tụ điện đạt cực đại khi $\omega$ thay đổi

${\omega }_R$ tần số góc khi $U_R$đạt cực đại 

${\omega }_L$ tần số góc khi $U_L$đạt cực đại 

${\omega }_C$ tần số góc khi $U_C$đạt cực đại 

${\omega }_1,{\omega }_2$ tần số góc hai giá trị dòng điện giống nhau :

$$\begin{gathered} I_1=I_2=\frac{I_{max}}{n} \\ \Rightarrow \frac{1}{\sqrt{R^2+{\left(Z_{L_1}-Z_{C_1}\right)}^2}}=\frac{1}{Rn} \\ \to \left|Z_{L_1}-Z_{C_1}\right|=R.\sqrt{n^2-1} \\ \Rightarrow \frac{1}{C}\left|\frac{1}{{\omega }_2}-\frac{1}{{\omega }_1}\right|=R.\sqrt{n^2-1} \\ \to R=\frac{1}{C\sqrt{n^2-1}}\left|\frac{1}{{\omega }_2}-\frac{1}{{\omega }_1}\right| \end{gathered}$$

${\omega }_1,{\omega }_2$ tần số góc khi đó $U_L$có cùng giá trị

${\omega }_1,{\omega }_2$ tần số góc khi đó có cùng giá trị $U_C=kU$

$\cos \left({\phi }_1\right)$ hệ số công suất của mạch khi ${\omega }_1$

$\cos \left({\phi }_2\right)$ hệ số công suất của mạch khi ${\omega }_2$

$\Phi =NBS\cos \left(\omega t\right)$

Suất điện động trong khung dây

$$\begin{gathered} e=-\Phi \text{'} \\ \to e=NBS\omega \cos \left(\omega t-\frac{\pi }{2}\right) \end{gathered}$$

$E_0={\Phi }_0\omega$

${\phi }_{\Phi }-{\phi }_e=\frac{\pi }{2}$

Từ thông và suất điện động biến thiên điều hòa cùng tần số , chu kì ,nhanh pha $\frac{\pi }{2}$ với e

Máy phát điện 3 pha: tạo ra 3 suất điện động cùng biên độ , tần số lệch pha nhau $\frac{2\pi }{3}$

Phần cảm: gồm nam châm và trục quay (Roto)

Phần ứng : gồm 3 cuộn dây giống nhau (Stato)

Nếu 3 tải đối xứng (giống nhau)

xuất hiện dòng điện cùng độ lơn ,tần số lệch $\frac{2\pi }{3}$

Động cơ điện : thiết bị biến đổi điện năng thành cơ năng và hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay.

Cấu tạo:

Stato : 3 cuộn dây giống nhau cố định trên một vành lệch 120 $°$

Roto: Khung dây gắn với thiết bị quay bên ngoài lồng sóc.

Hoạt động: Cho dòng 3 pha vào 3 cuộn dây , sinh ra từ trường tổng hợp tại O là từ trường quay có độ lớn không đổi $B=1,5B_0$ ,quay trong không gian với tốc độ dòng điện xoay chiều.Từ trường quay kéo cho khung quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ từ trường.

$I$ cường độ dòng điện qua mạch $\left(A\right)$

$\omega$ tốc độ góc của máy phát điện $\left(rad/s\right)$

$Z_L$ cảm kháng $\left(\Omega \right)$

$Z_C$ dung kháng $\left(\Omega \right)$

Đặt: $n=\frac{{\omega }_L}{{\omega }_C}=\frac{1}{1-{\displaystyle \frac{R^{2}C}{2L}}}$

Khi $U_C max$ : Chuẩn hóa : $Z_L=1 ;Z_C=n;R=\sqrt{2n-2}$

Khi $U_L max$ : Chuẩn hóa :  $Z_L=n ;Z_C=1;R=\sqrt{2n-2}$

$\cos \left(\phi \right)=\sqrt{\frac{2}{1+n}}$ giống nhau 2 trường hợp

Khi đó mạch xảy ra cộng hưởng nên $U_R$ max và bằng U

Khi đó mạch xảy ra cộng hưởng nên $U_R$ max và bằng U