Dòng điện xoay chiều là gì? Tổng hợp ký hiệu và công thức

Chắc hẳn ngay từ lúc học cấp 2 chúng ta đã được tiếp xúc với các công thức, các khái niệm về dòng điện. Dòng điện một chiều hoặc dòng điện xoay chiều, ký hiệu của các dòng điện. Bài viết dưới đây sẽ đem đến những kiến thức tổng quan về một loại dòng điện đa dụng được sử dụng rộng rãi ngoài thực tế nhất, đó là dòng diện xoay chiều và đồng thời hướng dẫn cách tính toán dòng diện sao cho chuẩn xác nhất.

Dòng điện xoay chiều hoạt động như thế nào?

Khái niệm dòng điện xoay chiều:

Dòng điện nào mà cường độ biến đổi có thể thay đổi theo thời gian mà theo chiều của dòng điện thì được gọi là dòng điện biến đổi xoay chiều. Sự biến đổi này có thể lập đi lập lại thường xuyên hoặc xảy ra tuần hoàn theo chu kỳ nhất định. Phát minh dòng điện xoay chiều nhằm với mục đích thay thế các tính năng mà dòng điện một chiều không làm được như phát điện xoay chiều. 

Muốn dòng điện xoay chiều hoạt động thì phải xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ. Hiện tượng cảm ứng điện từ là như thế nào ? Là khi bạn đặt nam châm vào một máy phát điện thì điện từ sẽ tạo ra các phản ứng hình thành điện áp giữa 2 cuộn dây. Và dòng điện xoay chiều sẽ xuất hiện khi điện áp được sinh ra.

Alternating Current là tên gọi chuyên ngành trong tiếng Anh của dòng điện xoay chiều. Được viết tắt bằng AC, ký hiệu cơ bản nhất của AC là hình ~ ( ký hiệu được biểu đạt cho hình ngọn sóng, tượng trưng cho sự tuần hoàn dòng điện điều hòa).

Chu kỳ hoạt động và tần số chuẩn xác cho dòng điện xoay chiều:

T là ký hiệu đặc trung cho chu kỳ hoạt động của dòng điện xoay chiều, T biểu thị cho thơi gian mà dòng điện xoay đến vị trí ban đầu tạo thành một chu kỳ nhất định. Đơn vị tính T bằng giây (s).

Hình minh họa cho dòng điện xoay chiều

Tần số điện xoay chiều được hiểu là số lần lặp đi lặp lại trong 1 giây của trạng thái dòng điện ban đầu. Ký hiệu tần số là F, được tính bằng Hz

F = 1 : T

Phân biệt các loại dòng điện xoay chiều:

Dòng điện xoay chiều 1 pha là gì?

Dòng điện xoay chiều 1 pha được hiểu là 1 dòng điện chỉ có 2 dây nối với nguồn điện. Trong mạch điện xoay chiều 1 pha cường độ của dòng điện không được nhất định vì chúng có thể thay đổi nhiều phụ thuộc vào tần số nguồn điện hoạt động như thế nào thì chúng sẽ thay đổi như thế đấy.

Dòng điện xoay chiều 3 pha là gì?

Dòng điện xoay chiều 3 pha thuộc dòng họ của các dòng điện xoay chiều nhưng họa đống với hệ thống mạch điện xoay chiều công suất lớn. Dòng điện xoay chiều 3 pha hoạt động với hệ thống 4 dây bao gồm 1 dây lạnh, 3 dây nóng và không có dây nào thuộc hệ trung tính. 

Phân biệt điểm khác nhau giữa 2 loại dòng điện xoay chiều:

Dòng điện xoay chiều 1 pha kết nối với nguồn điện có cường độ dòng điện đi theo chiều hướng mạch AC thay đổi liên tục tùy thuộc vào tần số điện mà nguồn điện cung cấp cho dòng điện bên trong mạch dẫn. Thường được sử dụng cho các hộ gia đình hoặc những nơi sử dụng nguồn điện thấp trên, bằng 220V. Dòng điện xoay chiều 1 pha bao gồm hệ thống dây trung tính cộng với 2 dây pha.

Hình minh họa dòng điện xoay chiều 3 pha

Dòng điện xoay chiều 3 pha gần giống như 3 đường điện nhưng cùng chạy trong 1 pha, chúng chạy song song với 1 dây trung tính. Khác với dòng điện xoay chiều 1 pha, 3 pha không có dây trung tính, trung tính của 3 pha bằng 0V. 

Công thức phổ biến nhất cho dòng điện xoay chiều là gì?

Từ hồi cấp 3 chúng ta đã được học định nghĩa dòng điện có cường độ biến thiên cấp số điều hòa theo một khoảng thời gian thì gọi là dòng điện xoay chiều và chúng được tính dưới dạng biểu thức cosin hoặc sin:

i = cos (wt + φi) x I0

Chú thích:

• i chỉ số dòng điện tức thời
• I0 chỉ số dòng điện tối đa được sử dụng ( ký hiệu A )
• w chỉ số đo tọa độ góc
• φ trong dòng điện tương trưng cho pha ban đầu

Tính công suất cho dòng điện xoay chiều:

Phụ thuộc vào cường độ biến đổi dòng điện xoay chiều AC giữa độ lệch pha và điện áp, ta có công thức:

P = U x I x cosα

Chú thích:

• U chỉ số điện áp trong nguồn điện
• I là dòng điện được sử dụng
• Góc α chỉ số góc lệch giữa 2 pha I và U

Nếu chạy qua dây dẫn mà độ lệch pha giữa I và U lỡn hơn 90 độ hoặc bé hơn 90 độ thì dòng điện xoay chiều đó có P = 0, cos = 0

Đồ thị dòng điện bị lệch pha

Và khi chúng đi qua điện trở thì chúng ta có công thức như sau:

P = I x U

Khi đi qua dòng điện xoay chiều có cùng pha, cùng điện áp với nhau thì 2 cái sẽ tỉ lệ thuận với nhau, chúng sẽ trở nên tăng dần, do đó cần phải áp dụng công thức của dòng điện một chiều lên dòng điện xoay chiều đi qua điện trở như sau:

I = R : U hay R = I : U

Zc được gọi là một trở kháng khi dòng điện xoay chiều đi qua tụ nhưng bị ngăn lại. Công thức tính Zc như sau:

Zc = 1: ( 2 x F x 3,14 x C )

Chú thích:

• Zc chỉ số trở kháng khi dòng điện đi qua được tính bằng đơn vị Ohm
• F là tần số lặp đi lập lại trong dòng điện xoay chiều được tính bằng đơn vị Hz
• C là điện dung trong tụ điện được tính bằng đơn vị μ Fara

ZL là cảm kháng khi dòng điện xoay chiều đi qua cuộn dây, xảy ra hiện tượng chống lại cuộn dây đó. Công thức tính ZL như sau:

ZL = 2 x F x 3,14 x L

Chú thích:

• ZL là cảm kháng khi dòng điện đi qua cuộn dây được tính bằng đơn vị Ohm
• L là hệ số cuộn dây tự cảm được tính bằng đơn vị Henry. L phụ thuộc vào số vòng quấn dây, chất liệu lỗi khi đang sử dụng
• F là tần số lặp đi lập lại trong dòng điện xoay chiều được tính bằng đơn vị Hz

Tác dụng khi ứng dụng dòng điện xoay chiều vào thực tế là gì?

• Tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều:

Tác dụng phổ biến nhất của loại dòng điện xoay chiều này, chúng ta cứ hình dung một cách dễ hiểu đó là một cái bóng đèn khi hoạt động thì nó sẽ nóng lên thì đấy là tác dụng nhiệt khi sử dụng dòng điện xoay chiều trong mạnh dẫn của bóng đèn. Áp dụng vào các thiết bị khác như lò sưởi bằng điện, bàn ủi,…

• Tác dụng quang của dòng điện xoay chiều được biểu hiện:

Các loại có thể sử dụng dòng điện xoay chiều để phát sáng như: bút đèn dùng thử điện, bóng đèn sử dụng dây tóc, bóng đèn báo hiệu cho bàn ủi, máy giặt,…

• Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều:

Cũng giống như nam châm hút đồ vật kim loại, khi dòng điện xoay chiều có tác dụng từ thì các đồ vật kim loại cũng sẽ bị hút đến gần cuộn dây dẫn có chưa từ. Ngoài ra đưa cuộn dây dẫn gần lại nam châm cũng sẽ làm thay đổi chiều của dòng điện.

Dòng điện xoay chiều ứng dụng nhiều vào đời sống

Hiện nay ứng dụng dòng điện xoay chiều vào thực tế rất phổ biến, con người đã phát minh ra những trang thiết bị tiên tiến, đồ gia dụng, đồ công nghệ phù hợp với nhu cầu của khách hàng. Dòng điện xoay chiều 1 pha thường được sử dụng ở hộ gia đình nhỏ, nơi chịu được tải trọng thấp. Các đồ vật như bàn ủi, tivi, máy sấy tóc, tủ lanh, máy giặc, lò nướng, ấm điên, nồi cơm điện,… Đều có thể sử dụng dòng điện xoay chiều 1 pha.

Còn dòng điện xoay chiều 3 pha chịu được tải trọng điện có công suất lớn nên thường xuyên được dùng trong các nhà máy, công xưởng, công ty, xí nghiệp,… Nguồn điện 3 pha này làm giảm thiểu điện năng hơn, giúp tiết kiệm không hao phí cho nên hay được sử dụng rộng rãi trong những nơi bắt buộc phải sử dụng nguồn điện tiêu thụ lớn.