Công suất của mạch điện xoay chiều, ý nghĩa hệ số công suất

Vật lý 12.III Điện xoay chiều vatlypt.com 19/10/16 20,127 0
  1. vatlypt.com

    vatlypt.com 19/10/16
    #1

    Giáo viên | 8/10/16 | 6,520 | 4,324

    Hà Nội

    Công suất của mạch điện xoay chiều là đại lượng vật lý đặc trưng cho tốc độ thực hiện công (năng lượng điện tiêu thụ) của mạch điện xoay chiều.
    1/ Công suất của mạch điện xoay chiều

    Từ khái niệm điện năng, công suất điện của dòng điện không đổi =>
    Biểu thức tính công suất điện của mạch điện xoay chiều
    P = U.Icos(φ$_{u}$ – φ$_{i}$) = UIcosφ​
    Trong đó:​
    • P: công suất của mạch điện xoay chiều (W)
    • U: điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch điện xoay chiều (V)
    • I: cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều (A)
    • cos φ: hệ số công suất của đoạn mạch xoay chiều
    2/ Ý nghĩa của hệ số công suất cosφ:
    Hệ số công suất cosφ trong mạch điện xoay chiều được xác định bằng biểu thức
    \[cos\varphi =\dfrac{U_{R}}{U}=\dfrac{R}{Z}\]​
    Giá trị 0 ≤ cos φ ≤ 1
    Khi mạch điện xoay chiều xảy ra hiện tượng cộng hưởng
    => cos φ = 1 => P$_{max}$ = UI = I$^{2}$R = \[\dfrac{U^{2}}{R}\]​
    Một nhà máy công nghiệp cần được cung cấp điện năng để chạy các động cơ, máy móc sản xuất. Khi vận hành ổn định, công suất trung bình được giữ không thay đổi. Trong các động cơ điện của nhà máy bao giờ cũng có các cuộn dây, do đó cường độ i nói chung lệch pha so với điện áp u. Công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện trong nhà máy được xác định bởi công thức P = UI.cosφ (cosφ >0).

    Điện được dẫn từ nhà máy phát điện qua các đường dây tải điện.
    Nếu r là điện trở của dây tải điện thì công suất hao phí trên đường dây tải điện là:
    \[P_{hp}=I^{2}r=\dfrac{P^{2}}{U^{2}cos^{2}\varphi }r\]​
    Trong đó:​
    • P$_{hp}$: là công suất hao phí => sinh ra năng lượng hao phí trong mạch​
    • P: công suất điện (công suất thực của các thiết bị tiêu thụ điện trong mạch)​
    • r: điện trở của dây dẫn​
    Từ biểu thức tính công suất hao phí => P$_{hp}$ tỉ lệ nghịch với cos$^{2}$φ => hệ số công suất nhỏ thì công suất hao phí lớn => năng lượng hao phí khi truyền tải điện năng lớn => gây thiệt hại cho nhà máy bán điện => các nhà máy điện luôn muốn có hệ số công suất lớn.

    φ là độ lệch pha giữa điện áp của mạch điện xoay chiều và cường độ dòng điện trong mạch xoay chiều, khi điện trở R của các thiết bị điện trong mạch không đổi => giá trị của φ phụ thuộc lớn vào |Z$_{L}$ - Z$_{C}$|. Muốn tăng φ thì |Z$_{L}$ - Z$_{C}$| đạt giá trị càng nhỏ càng tốt điều đó đồng nghĩa với việc bất kỳ thiết bị sử dụng điện xoay chiều có cuộn cảm L thì phải sử dụng tụ điện có điện dung C lớn => giá thành của các thiết bị tiêu thụ điện của nhà máy sản xuất tăng lên => thiệt hại cho các nhà máy sản xuất sử dụng điện xoay chiều. Để dung hòa vấn đề hao phí từ phía nhà máy bán điện và cơ sở sản xuất, nhà nước yêu cầu hệ số công suất tối thiểu phải bằng 0,85.
    3/ Điện năng tiêu thụ của mạch điện xoay chiều
    Điện năng tiêu thụ, năng lượng điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều tương tự như của mạch điện có dòng điện không đổi được xác định bằng biểu thức
    W = P.t​
    Trong đó:​
    • W: điện năng tiêu thụ (công của mạch điện) (J)
    • P: công suất mạch điện (W)
    • t: thời gian sử dụng điện (s)
    Để đo điện năng tiêu thụ của tất cả các thiết bị điện trong mạch điện xoay chiều, công ty bán điện thường sử dụng công tơ điện khi đó điện năng tiêu thụ được tính theo đơn vị kWh (số điện)
    [​IMG]
    Công tơ điện dùng để đo điện năng tiêu thụ​
    1 số điện = 1kWh = 1000(W).3600(s) = 3 600 000 (J)

    nguồn: vật lý phổ thông ôn thi quốc gia
Share Share