Công thức xác định công suất của dòng điện xoay chiều
|
Vậy làm sao để tính toán công suất tiêu thụ trong mạch điện xoay chiều, hệ số công suất có ý nghĩa gì, công thức và cách tính hệ số công suất như thế nào khi điện áp tức thời, dòng điện tức thời,... trong mạch xoay chiều biến thiên theo thời gian, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết này nhé. Show
I. Công suất của mạch điện xoay chiều1. Biểu thức của Công suất - Xét đoạn mạch xoay chiều hình sin có điện áp và cường độ dòng điện tức thời hai đầu mạch như sau: và - Công suất tức thời trên đoạn mạch là: (vận dụng công thức lượng giác biến đổi tích thành tổng) - Giá trị trung bình của công suất điện tiêu thụ trong một chu kỳ T: ⇒ Công thức tính công suất tiêu thụ trung bình của mạch điện xoay chiều trong một thời gian dài nếu điện áp hiệu dụng U và cường độ hiệu dụng I không đổi là: P = UIcosφ 2. Điện năng tieu của của mạch điện - Công thức tính điện năng tiêu thụ của mạch: W = P.t - Đơn vị của công suất: Wh, KWh hoặc J (Ws) - Trong đó: ⋅ W là năng lượng tiêu thụ, đơn vị J ⋅ P là công suất tiêu thụ, đơn vị W ⋅ t là thời gian, đơn vị s II. Hệ số công suất1. Công thức tính của hệ số công suất và công suất • Trong công thức: P = UIcosφ thì cosφ được gọi là hệ số công suất, vì |φ|<900 nên ta có: 0 ≤ cosφ ≤ 1 • Dựa vào giản đồ vectơ ta có: • Công thức tính Công suất cả đoạn mạch R, L, C: * Một vài ví dụ về hệ số công suất trong các mạch có R, L, C: 2. Ý nghĩa của hệ số công suất, tầm quan trọng của hệ số công suất trong quá trình cung cấp và sử dụng điện năng • Vì nên công suất hao phí trên đường dây tải (có điện trở r) là • Nếu hệ số công suất cosφ nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây tải P(hao phí) sẽ lớn, vì vậy người ta phải tìm cách nâng cao hệ số công suất. • Với cùng điện áp U và dụng cụ dùng điện tiêu thụ một công suất P, tăng hệ số công suất cosφ sẽ giảm cường độ hiệu dụng I từ đó giảm hao phí vì tỏa nhiệt trên dây dẫn • Một trong các phương pháp để tăng cosφ để làm giảm hao phí điện là lắp tụ bù ở các cơ sở tiêu thụ điện. Công thức tính công suất tiêu thụ của dòng điện chi tiết nhất được biên soạn bởi soanbaitap.com giúp học sinh dễ dàng hiểu bài hơn. 3. Tính hệ số công suất của mạch R, L, C mắc nối tiếp • Ta có: • Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch: - Vậy công suất tiêu thụ trong mạch điện có R, L, C mắc nối tiếp bằng công suất tỏa nhiệt trên R. III. Bài tập vận dụng Tính công suất tiêu thụ và hệ số công suất trong mạch xoay chiều* Như vậy, để giải bài tập về công suất tiêu thụ và hệ số công suất các em cần nhớ một số hệ thức sau: • Công suất tiêu thụ trên mạch điện xoay chiều bất kỳ: P = UIcosφ Trong đó φ là độ lệch pha giữa i và u. • Trường hợp mạch RLC nói tiếp: và * Bài 1 trang 85 SGK Vật Lý 12: Công suất điện tiêu thụ trong một mạch điện xoay chiều phụ thuộc những đại lượng nào? ° Lời giải bài 1 trang 85 SGK Vật Lý 12: - Công suất tỏa nhiệt P phụ thuộc vào giá trị hiệu dụng của điện áp hai đầu đoạn mạch, giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện trong mạch và hệ số công suất của đoạn mạch, - Hơn nữa, hệ số công suất cosφ = R/Z, do đó P còn phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo của mạch R, L, C, và tần số ω. * Bài 2 trang 85 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Hệ số công suất của một mạch điện xoay chiều bằng: A.RZ B. C. D. ° Lời giải bài 2 trang 85 SGK Vật Lý 12: - Đáp án đúng: C. * Bài 3 trang 85 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Hệ số công suất trong mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp với ZL = ZC: A. bằng 0 B. bằng 1 C. phụ thuộc R D. phụ thuộc ZC/ZL ° Lời giải bài 3 trang 85 SGK Vật Lý 12: - Đáp án đúng:B. bằng 1 - Vì mạch RLC mắc nối tiếp có ZL = ZC ⇒ mạch cộng hưởng nên: * Bài 4 trang 85 SGK Vật Lý 12: Hãy chọn câu đúng. Mạch điện xoay chiều nối tiếp R = 10Ω; ZL = 8Ω; ZC = 6Ω với tần số f. Giá trị của tần số để hệ số công suất bằng 1: A. là một số < f B. là một số > f C. là một số = f D. không tồn tại ° Lời giải bài 4 trang 85 SGK Vật Lý 12: - Đáp án đúng: A. là một số < f - Với tần số f, ta có: (*) - Khi cosφ = 1 thì mạch cộng hưởng nên ta có: (**) - Chia vế với vế của (*) và (**) ta được: * Bài 5 trang 85 SGK Vật Lý 12: Cho mạch điện trên (hình 15.2 dưới), trong đó L là một cuộn cảm thuần, điện áp hai đầu mạch uPQ = 60√2cos100πt (V), các điện áp hiệu dụng UPN = UNQ = 60V. Hệ số công suất của mạch là bao nhiêu ? A. B.1/3 C. D.1/2 ° Lời giải bài 5 trang 85 SGK Vật Lý 12: - Đáp án đúng: A. - có: UNQ = UC = 60V (*) (**) - Từ (*) và (**) ta có: (V). (V). ⇒ * Bài 6 trang 85 SGK Vật Lý 12: Mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm có: R = 30ω ; L = 5.0/πmH ; C = 50/π μF cung cấp bởi điện áp hiệu dụng 100V, f = 1kHz. Hãy xác định công suất tiêu thụ và hệ số công suất. ° Lời giải bài 6 trang 85 SGK Vật Lý 12: - Tần số f=1KHz = 1000Hz ⇒ ω=2πf=2000π(rad/s) - Công suất tiêu thụ: với - Hệ số công suất: Công suất tiêu thụ của Mạch điện xoay chiều, công thức tính Hệ số Công suất và bài tập - Vật lý 12 bài 15 được biên soạn theo sách mới nhất và Được hướng dẫn biên soạn bởi các thầy cô giáo dạy Giỏi tư vấn, nếu thấy hay hãy chia sẻ và comment để nhiều bạn khác học tập cùng. - Công suất \(P = UIcos\varphi \) là công suất tiêu thụ trên toàn mạch điện, còn công suất \(P{\rm{ }} = {\rm{ }}{I^2}R\) là công suất tỏa nhiệt khi mạch có điện trở R, một phần công suất của mạch bị hao phí dưới dạng công suất tỏa nhiệt còn phần lớn là công suất có ích, khi đó \(P = {P_{co{\rm{ }}ich}} + {P_{hao{\rm{ phi}}}} \leftrightarrow UIcos\varphi = {\rm{ }}{P_{co{\rm{ i}}ch}} + {\rm{ }}{I^2}R\) Mà \(I = \frac{P}{{Uc{\rm{os}}\varphi }} \to {P_{hao{\rm{ phi}}}} = {\left( {\frac{P}{{U\cos \varphi }}} \right)^2}R\) Từ công thức tính công suất hao phí trên cho thấy để làm giảm đi công suất hao phí thì người ta tìm cách nâng cao hệ số công suất. Và trong thực tế thì không sử dụng những thiết bị mà có hệ số công suất \(cos\varphi < {\rm{ }}0,85\) - Hiệu suất của mạch điện (thiết bị tiêu thụ điện) là \({\bf{H}} = \frac{{{P_{co{\rm{ i}}ch}}}}{P}.100\% \)
Trong cuộc sống hiện đại, các thiết bị điện phục vụ cho cuộc sống thường ngày như điều hòa, quạt, tủ lạnh, nồi cơm điện,.. đã trở lên rất quen thuộc. Hầu hết trên các thiết bị sử dụng điện này đều được dán các thông số về công suất, công suất tiêu thụ điện, các thông số kỹ thuật của thiết bị,.. để người tiêu dùng có thể chủ động tính toán được lượng điện tiêu thụ trong gia đình từ đó cân đối tài chính cho phù hợp. Đặc biệt, với các công trình dự án lớn, trung tâm thương mại, nhà xưởng, khu chế xuất, nhà công nghiệp... sử dụng hệ thống điện dày đặc phải cần tới sự hỗ trợ của rất nhiều thiết bị như: tủ điện, máng cáp, thang cáp, cable tray... sẽ tiêu hao một lượng điện khá lớn. Bởi vậy việc tính toán công suất điện sẽ giúp bạn lựa chọn sản phẩm tiêu thụ điện phù hợp, lắp đặt hệ thống thiết bị điện theo đúng tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Hiện nay, có 13 loại phụ kiện máng cáp thông dụng bao gồm:
13 loại phụ kiện máng cáp Nếu bạn đang cần tìm các loại vật liệu giúp bảo vệ hệ thống điện được an toàn hơn như Máng cáp, thang cáp hoặc khay cáp, bạn có thể click chuột tại đây: https://thinhphatict.com/mang-cap 1. Điện năng là gì?Điện năng là năng lượng được cung cấp bởi dòng điện hay nói một cách khác thì dòng điện có khả năng thực hiện công và có thể cung cấp nhiệt lượng để làm thay đổi nhiệt năng của các vật nên dòng điện có mang năng lượng. 2. Công của dòng điệnCông của dòng điện là số đo lượng điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. 3. Công suất điện là gì?Công suất điện của một đoạn mạch là điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Công suất điện có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó. Thông thường, máng điện sẽ được dùng làm phương tiện bảo vệ hệ thống dây cáp khỏi các tác động của môi trường. Từ đó sẽ bảo vệ công suất điện hoạt động hiệu quả.
Hệ thống thang máng cáp Công suất điện có ký hiệu là P, đơn vị đo là W Ta có công thức: P = A/t = U x I Trong đó, - I là cường độ dòng điện (A) - U là hiệu điện thế (V) - t là thời gian (s) Trên một bản vẽ điện, các yếu tố như công suất của dòng điện, hiệu điện thế hay cường độ dòng điện đều được đề cập chi tiết bên cạnh việc thể hiện các thiết bị điện thông qua các ký hiệu. Vậy ký hiệu thiết bị điện trên bản vẽ là gì? Tham khảo thêm tại: >> https://thinhphatict.com/ky-hieu-thiet-bi-dien-tren-ban-ve 4. Một số vấn đề xoay quanh công suất điện4.1. Ý nghĩa của công suất ghi trên các thiết bị điện- Ở các thiết bị gia dụng sử dụng điện năng, nhà sản xuất sẽ đề các chỉ số về công suất hay công suất tiêu thụ điện ví dụ như: Tủ lạnh có đề công suất là 120W tức là trong vòng 1 giờ đồng hồ, tủ lạnh sẽ tiêu thụ hết 120W điện. Trên thực tế, số W ghi trên một thiết bị điện cho người dùng biết được công suất định mức của dụng cụ đó nghĩa là công suất điện của thiết bị khi nó hoạt động bình thường. - Nếu trên dụng cụ điện (ví dụ bóng đèn) có ghi 220V-300W thì có nghĩa là bóng đèn này phải được sử dụng ở hiệu điện thế định mức là 220V, khi đó công suất tiêu thụ là 300W thì đèn sáng bình thường. - Bên cạnh đó, từ công thức tính lượng điện năng tiêu thụ của đồ dùng điện, ta có thể tính được lượng điện năng tiêu thụ trong 1 tháng của đồ dùng điện. - Điện năng tiêu thụ được tính bằng đơn vị KW/h hoặc W/h. 1kWh = 1000Wh= 1 số điện. >> Xem thêm: Hệ thống thang máng cáp chống cháy lan Giả sử một chiếc tủ lạnh có công suất là 120W, tức là mỗi giờ tủ lạnh sẽ ngốn 0.120kW điện. Vậy trong một ngày tủ lạnh sẽ tiêu thụ: 0.120 x 24 = 2.88kWh điện và 1 tháng thiết bị này sẽ tiêu tốn 86.4 số điện. - Ta có thể áp dụng công thức tính này đối với các thiết bị điện khác trong gia đình để biết được lượng điện năng mà các thiết bị điện tiêu thụ trong một tháng là bao nhiêu. Từ việc tổng hợp tất cả các công suất của các thiết bị trong gia đình, ta thực hiện cộng các giá trị lại để có tổng công suất tiêu thụ điện của các thiết bị điện trong gia đình, từ đó lên kế hoạch sử dụng điện năng phù hợp nhất. Trong các thiết bị điện tử thường được trạng bị một linh kiện rất quan trọng đó là tụ điện. Tham khảo thêm về tác dụng của tụ điện tại: >> https://thinhphatict.com/tac-dung-cua-tu-dien 4.2. Các cách tính công suất tiêu thụ điện 3 phaGần như 100% các thiết bị sử dụng điện trong cuộc sống của chúng ta hiện nay đều sử dụng nguồn điện 3 pha để hoạt động. Vì thế, nhiều người dùng sẽ quan tâm đến việc tính toán công suất tiêu thụ điện 3 pha của thiết bị để quyết định có nên mua thiết bị đó hay không. Vậy có những các tính công suất tiêu thụ của động cơ 3 pha nào? Tham khảo điện 3 pha là gì tại: https://thinhphatict.com/dien-3-pha-la-gi Công thức 1: P = (U1 x I1 + U2 x I2 + U3I3) x H Trong đó :
|
