ĐỀ LUYỆN THI TỐT NGHIỆP VÀ ĐẠI HỌC-CAO ĐẲNG 2010-2011
CHƯƠNG III. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
A. LÝ THUYẾT
10. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
* Dòng điện và điện áp xoay chiều
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ là hàm số sin hay côsin của thời gian.
Điện áp xoay chiều là điện áp biến thiên theo hàm số sin hay côsin của thời gian.
Tạo ra dòng điện xoay chiều bằng máy phát điện xoay chiều dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện
từ.
Trong một chu kì T dòng điện xoay chiều đổi chiều 2 lần, trong mỗi giây dòng điện xoay chiều đổi
chiều 2f lần.
* Các giá trò hiệu dụng của dòng điện xoay chiều
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của một dòng điện không đổi, nếu cho
hai dòng điện đó lần lượt đi qua cùng một điện trở R trong những khoảng thời gian bằng nhau đủ dài thì
nhiệt lượng tỏa ra bằng nhau.
+ Cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu dụng: I =
2
o
I
; U =
2
o
U
.
+ Ampe kế và vôn kế đo cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều dựa vào tác dụng nhiệt của dòng
điện nên gọi là ampe kế nhiệt và vôn kế nhiệt, số chỉ của chúng là cường độ hiệu dụng và điện áp hiệu
dụng của dòng điện xoay chiều.
+ Khi tính toán, đo lường, ... các mạch điện xoay chiều, chủ yếu sử dụng các giá trò hiệu dụng.
* Các loại đoạn mạch xoay chiều
+ Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần: u
R


+ Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần: u
L
sớm pha hơn i góc
2
π
.
I =
L
L
Z
U
; với Z
L
= ωL là cảm kháng của cuộn dây.
Cuộn cảm thuần L cho dòng điện không đổi đi qua hoàn toàn (không cản trở) và cho dòng điện xoay
chiều đi qua với điện trở (cảm kháng): Z
L
= ωL.
+ Đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp (không phân nhánh):
Giãn đồ Fre-nen: Nếu biểu diễn các điện áp xoay chiều trên R, L và C bằng
các véc tơ tương ứng
→−
R
U
,
→−
L
U
và

) Z- (Z R
+
= I.Z
Với Z =
2
CL
2
) Z- (Z R
+
gọi là tổng trở của đoạn mạch RLC.
Độ lệch pha ϕ giữa u và i xác đònh theo biểu thức:
GV: Nguyễn Cơng Hồng…………………….Trường THPT Hắc Dịch……………………Trang 1
tanϕ =
R
ZZ
CL
−
=
R
C
L
ω
ω
1
−
Cường độ hiệu dụng xác đònh theo đònh luật Ôm: I =
Z
U
.
* Biểu thức điện áp xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều

+ Cộng hưởng trong đoạn mạch RLC: Khi Z
L
= Z
C
hay ωL =
C
ω
1
thì có hiện tượng cộng hưởng điện.
Khi đó: Z = Z
min
= R; I = I
max
=
R
U
; P = P
max
=
R
U
2
; ϕ = 0.
+ Các trường hợp khác:
Khi Z
L
> Z
C
thì u nhanh pha hơn i (đoạn mạch có tính cảm kháng).
Khi Z

* Truyền tải điện năng
+ Công suất hao phí trên đường dây tải:
P
hp
= rI
2
= r(
U
P
)
2
= P
2
2
U
r
.
+ Hiệu suất tải điện: H =
P
PP
hp
−
.
+ Độ giảm điện trên đường dây tải điện: ∆U = Ir.
+ Biện pháp giảm hao phí trên đường dây tải: giảm r, tăng U
Vì r = ρ
S
l
nên để giảm ta phải dùng các loại dây có điện trở suất nhỏ như bạc, dây siêu dẫn, ... với
giá thành quá cao, hoặc tăng tiết diện S. Việc tăng tiết diện S thì tốn kim loại và phải xây cột điện lớn

=
2
1
I
I
=
1
2
N
N
* Công dụng của máy biến áp
+ Thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều đến các giá trò thích hợp.
+ Sử dụng trong việc truyền tải điện năng để giảm hao phí trên đường dây truyền tải.
+ Sử dụng trong máy hàn điện, nấu chảy kim loại.
12. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU
* Máy phát điện xoay chiều 1 pha
+ Các bộ phận chính:
Phần cảm là nam châm vónh cữu hay nam châm điện. Đó là phần tạo ra từ trường.
Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động.
Một trong hai phần đặt cố đònh, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố đònh gọi là stato, phần
quay gọi là rôto.
+ Hoạt động: Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động
cảm ứng, suất điện động này được đưa ra ngoài để sử dụng.
+ Tần số của dòng điện xoay chiều: Nếu máy phát có 1 cuộn dây và 1 nam châm (gọi là một cặp cực),
rôto quay n vòng trong 1 giây thì tần số dòng điện là f = n. Máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong
1 giây thì f = np. Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 phút thì f =
60
n
p.
* Dòng điện xoay chiều ba pha

trong dây trung hòa bằng 0.
Nếu tải không đối xứng (3 tải không giống nhau) thì cường độ dòng điện trong dây trung hoà khác 0
nhưng nhỏ hơn nhiều so với cường độ dòng điện trong các dây pha.
Khi mắc hình sao ta có: U
d
=
3
U
p
(U
d
là điện áp giữa hai dây pha, U
p
là điện áp giữa dây pha và
dây trung hoà).
Mạng điện gia đình sử dụng một pha của mạng điện 3 pha: nó có một dây nóng và một dây nguội.
+ Mắc hình tam giác
Điểm cuối cuộn này nối với điểm đầu của cuộn tiếp theo theo tuần tự thành ba điểm nối chung. Ba
điểm nối đó được nối với 3 mạch ngoài bằng 3 dây pha.
Cách mắc này đòi hỏi 3 tải tiêu thụ phải giống nhau.
* Ưu điểm của dòng điện xoay chiều 3 pha
+ Tiết kiệm được dây nối từ máy phát đến tải tiêu thu.ï
+ Giảm được hao phí trên đường dây.
+ Trong cách mắc hình sao, ta có thể sử dụng được hai điện áp khác nhau: U
d
=
3
U
p
+ Cung cấp điện cho động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp.

) Z- (Z R
+
. Đònh luật Ôm: I =
Z
U
; I
o
=
Z
U
O
.
Các giá trò hiệu dụng:
2
o
I
I
=
;
2
o
U
U
=
; U
R
= IR; U
L
= IZ
L

o
cos(ωt + ϕ
i
+ ϕ). Nếu u = U
o
cos(ωt + ϕ
u
) thì i = I
o
cos(ωt + ϕ
u
- ϕ).
Z
L
> Z
C
thì u nhanh pha hơn i ; Z
L
< Z
C
thì u chậm pha hơn i.
Z
L
= Z
C
hay ω =
LC
1
thì u cùng pha với i (ϕ = 0), có cộng hưởng điện. Khi đó I
max

Z
ZR
22
+
.
Cực đại của U
C
theo Z
C
: Z
C
=
L
L
Z
ZR
22
+
Máy biến áp:
1
2
U
U
=
2
1
I
I
=
1

C. BÀI TẬP TỰ LUẬN
1. Một tụ điện có điện dung C = 31,8µF, khi mắc vào mạch điện thì dòng điện chạy qua tụ điện có
cường độ i = 0,5cos100πt (A). Tính dung kháng của tụ điện và viết biểu thức điện áp giữa hai bản của
tụ điện.
2. Mắc cuộn dây có điện trở thuần R = 10Ω vào mạch điện xoay chiều có điện áp u = 5cos100πt (V).
Biết cường độ hiệu dụng của dòng điện qua cuộn dây là 0,25A.
a) Tìm tổng trở của cuộn dây và độ tự cảm của nó.
b) Tính công suất tiêu thụ của cuộn dây.
3. Nếu đặt vào hai đầu cuộn dây điện áp 1 chiều 9V thì cường độ dòng điện trong cuộn dây là 0,5A.
Nếu đặt vào hai đầu cuộn dây điện áp xoay chiều có giá trò hiệu dụng là 9V thì cường độ hiệu dụng của
dòng điện qua cuộn dây là 0,3A. Xác đònh điện trở thuần và cảm kháng của cuộn dây.
4. Cho đoạn mạch RLC gồm R = 80Ω, L = 318mH, C = 79,5 µF. Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là: u

=
120
2
cos100πt(V). Viết biểu thức cường độ dòng điện chạy trong mạch và tính điện áp hiệu dụng
giữa hai đầu mỗi dụng cụ.
5. Cho mạch điện xoay chiều như hình vẽ. Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch có biểu thức u
AB
=
120cos100πt(V). Điện trở R = 50
3
Ω ; L là cuộn thuần cảm có độ tự cảm
L =
π
1
H ; C là tụ điện có điện dung thay đổi được.
a) Với C = C
1

cos100πt. Trong khoảng thời gian từ 0 đến
0,02s, xác đònh các thời điểm cường độ dòng điện có giá trò tức thời có giá trò bằng: a) 0,5I
0
; b)
2
2
I
0
.
GV: Nguyễn Cơng Hồng…………………….Trường THPT Hắc Dịch……………………Trang 5
8. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó R = 100
3
Ω; C =
π
2
10
4
−
F;
cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L thay đổi được. Điện áp giữa hai đầu
đoạn mạch là u = 200cos100πt (V). Tính độ tự cảm của cuộn dây trong các trường hợp:
a) Hệ số công suất của mạch cosϕ = 1. b) Hệ số công suất của mạch cosϕ =
2
3
.
c) Điện áp hiệu dụng trên cuộn cảm L là cực đại.
9. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó cuộn dây có điện trở thuần r =
90Ω, có độ tự cảm L =
π
2,1

cos100πt (V).
a) Điều chỉnh để cường độ dòng điện trong mạch sớm pha hơn điện áp 0,25π. Tính điện dung của tụ
điện. Viết biểu thức cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch.
b) Xác đònh điện dung của tụ điện để cho công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt giá trò cực đại. Tính
giá trò cực đại đó.
c) Xác đònh điện dung của tụ điện để cho điện áp hiệu dụng giữa hai bản tụ giá trò cực đại. Tính giá
trò cực đại đó.
12. Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần R = 10Ω, cuộn dây thuần cảm L và tụ điện C =
π
2
10
3
−
F mắc nối tiếp. Biểu thức của điện áp giữa hai bản tụ là u
C
= 50
2
cos(100πt – 0,75π)(V). Xác
đònh độ tự cảm cuộn dây, viết biểu thức cường độ dòng điện chạy trong mạch.
13. Mạch RLC gồm cuộn thuần cảm có độ tự cảm L =
π
2
H, điện trở thuần R = 100Ω và tụ điện có điện
dung C =
π
4
10
−
F. Khi trong mạch có dòng điện xoay chiều i =
2