Dòng điện xoay chiều

1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều
a. Giới thiệu chung
Dòng điện xoay chiều viết tắt là AC - Alternating Current. Nghĩa là chiều của dòng điện trong mạch luôn luôn thay đổi theo thời gian. Khác với dòng điện DC (Direct Current) - dòng chảy trong mạch chỉ theo một chiều nhất định. Dòng điện đang được sử dụng trong nhà chúng ta là AC, có điện áp hiệu dụng là 220V.

Thông thường, dây điện khi kéo từ nhà máy điện đến nhà thường có 2 dây dẫn. Ở Việt Nam, hai dây dẫn này thường gọi là dây nóng (hay dây pha) và dây nguội (hay còn gọi là dây trung tính).

+ Dây nóng: có ký hiệu chuẩn là P hoặc L, là dây luôn luôn có điện và chiều dòng điện luôn luôn thay đổi theo thời gian. Biểu đồ bên dưới mô tả sự thay đổi điện áp này:

Ta sẽ thấy điện áp trên dây nóng liên tục giảm từ giá trị dương (V+), trở về giá trị âm (V-) trong một khoảng thời gian rất ngắn.

+ Dây nguội: hay còn gọi là dây trung tính, ký hiệu là N, là dây không có điện và đã được nối đất tại nhà máy phát điện.

Khi dây nóng và dây nguội được kết nối vối tải, ví dụ như bóng đèn. Lúc đó bóng đèn sẽ sáng.

Ta phân tích quá trình hoạt động của mạch như sau :

Khi điện áp trên dây nóng ở (bán kỳ dương) V+, dòng điện sẽ từ dây nóng đi qua dây tóc bóng đèn, qua dây nguội (dây trung tính) và đi xuống đất.

Khi điện áp trên dây nóng trở về lại giá trị V- (bán kỳ âm), lúc này điện áp trên dây nguội (dây màu xanh) là 0V lớn hơn dây nóng nên sẽ có dòng điện chảy từ dây nguội, đi về dây nóng và đi về máy ở nhà máy phát điện.

Quá trình thay đổi chiều dòng điện như vậy diễn ra liên tục trong mạch với tần suất 50 lần trong 1 giây (50Hz), thật sự dây tóc của bóng đèn sẽ chớp tắt liên tục khi có dòng điện chạy qua, do nguội chậm và mắt người có khả năng lưu sáng,nên ta không cảm nhận được hiện tượng trên.

b. Chi tiết
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và giá trị thay đổi theo thời gian, những thay đổi này tuần hoàn theo chu kỳ xác định.

Ở trên là các dòng điện xoay chiều hình Sin, xung vuông, xung nhọn.

Chu kỳ và tần số của dòng điện xoay chiều:
Chu kỳ của dòng điện xoay chiều (ký hiệu: T) là khoảng thời gian dòng điện xoay chiều lặp lại vị trí cũ, chu kỳ có đơn vị là giây (s).
Tần số dòng điện xoay chiều ký hiệu là : f , là số lần lặp lại vị trí cũ của dòng điện xoay chiều.
f = 1/T , đơn vị là Hz.

Pha của dòng điện xoay chiều :
Nói đến pha của dòng điện xoay chiều ta thường nói đến sự so sáng giữa 2 dòng điện xoay chiều có cùng tần số.
Hai dòng điện xoay chiều đồng pha là hai dòng điện có điện áp cùng tăng, cùng giảm ở các thời điểm.

Hai dòng điện xoay chiều đồng pha

Hai dòng điện xoay chiều ngược pha là: hai dòng điện lệch pha nhau 180 độ, khi dòng điện này tăng thì dòng điện kia giảm (Hình dưới).

Hai dòng điện xoay chiều ngược pha

Hai dòng điện xoay chiều lệch pha: là hai dòng điện có điện áp thay đổi ( tăng, giảm ) lệch thời điểm.

Hai dòng điện xoay chiều lệch pha

Biên độ của dòng điện xoay chiều:

Biên độ của dòng điện xoay chiều là giá trị điện áp đỉnh (giá trị lớn nhất) của dòng điện xoay chiều. Biên độ này thường lớn hơn điện áp mà ta đo được bằng đồng hồ.

Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều:

Thường là giá trị đo được từ các đồng hồ và cũng là giá trị điện áp được ghi trên jack cắm nguồn của các thiết bị điện tử. Ví dụ nguồn 220V AC mà ta đang sử dụng chính là chỉ giá trị hiệu dụng, thực tế biên độ đỉnh của điện áp 220V AC khoảng 220V x 1,4 lần = khoảng 300V.

Công suất của dòng điện xoay chiều: 

Công xuất dòng điện xoay chiều phụ thuộc vào cường độ, điện áp và độ lệch pha giữa hai đại lượng trên , công xuất được tính bởi công thức:

P = U.I.cosα

Trong đó:

• U: là điện áp
• I: là dòng điện
• α: là góc lệch pha giữa U và I

=> Nếu dòng xoay chiều đi qua điện trở thì độ lệch pha gữa U và I là α = 0 khi đó cosα = 1 và P = U.I
=> Nếu dòng xoay chiều đi qua cuộn dây hoặc tụ điện thì độ lệch pha giữa U và I là +90 độ hoặc -90độ, khi đó cosα = 0 và P = 0 (công xuất của dòng điện xoay chiều khi đi qua tụ điện hoặc cuộn dây là = 0)