Dòng điện xoay chiều

Đoạn mạch RLC nối tiếp

Đoạn mạch RLC nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm có cảm kháng Z_L=\omega L và tụ điện có dung kháng Z_C=\dfrac{1}{\omega C} mắc nối tiếp, cùng một dòng điện chạy qua. Tổng trở của mạch là Z=\sqrt{R^2+(Z_L-Z_C)^2}, định luật Ôm cho giá trị hiệu dụng là I=\dfrac{U}{Z}, và độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện thỏa mãn \tan\varphi=\dfrac{Z_L-Z_C}{R}.

Khi \varphi>0, mạch có tính cảm kháng: điện áp sớm pha hơn dòng điện. Khi \varphi<0, mạch có tính dung kháng: điện áp trễ pha hơn dòng điện.

• Hệ số công suất — \cos\varphi=\dfrac{R}{Z}, luôn nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Với đoạn mạch RL nối tiếp, Z=\sqrt{R^2+Z_L^2} nên \cos\varphi=\dfrac{R}{\sqrt{R^2+Z_L^2}}. Không dùng biểu thức có hiệu R^2-Z_L^2 trong mẫu số.
• Cộng hưởng điện — xảy ra khi Z_L=Z_C, tức \omega^2LC=1, \omega=\dfrac{1}{\sqrt{LC}}. Khi đó \tan\varphi=0, điện áp cùng pha với dòng điện, tổng trở nhỏ nhất bằng R và cường độ hiệu dụng cực đại I_{max}=\dfrac{U}{R}.
• Điều kiện điện trở thuần — khi mạch chỉ có R thì điện áp và dòng điện cùng pha, \cos\varphi=1.
• Đoạn RC nối tiếp — dòng điện sớm pha hơn điện áp, \tan\varphi=-\dfrac{Z_C}{R}. Biết i và \varphi thì pha ban đầu của điện áp là \varphi_u=\varphi_i+\varphi. Với tụ điện đơn lẻ trong mạch, dòng điện có dạng I=\dfrac{U}{Z_C}=U\omega C nên tăng khi tần số tăng.
• Điện áp trên từng phần tử — điện áp hiệu dụng trên điện trở là U_R=\dfrac{UR}{Z}. Khi U_R=U_C thì Z_C=R. Điện áp hai đầu cuộn cảm u_L sớm pha \dfrac{\pi}{2} so với dòng điện, còn u_C trễ pha \dfrac{\pi}{2}.
• Đoạn chứa cuộn dây có điện trở và tụ điện — độ lệch pha giữa điện áp của đoạn mạch và điện áp của một đoạn con được xác định bằng tan của từng góc lệch. Góc lệch lớn nhất giữa hai điện áp xảy ra khi |Z_L-Z_C| thỏa điều kiện tương ứng với cấu hình mạch.
• Dòng điện qua điện tích — dòng điện tức thời là đạo hàm của điện tích: i=q', nên biên độ I_0=\omega Q_0.
• Công suất tức thời và hệ số công suất từ đồ thị — công suất tức thời p=ui dao động quanh giá trị trung bình UI\cos\varphi với biên độ UI, nên \cos\varphi=\dfrac{p_{max}+p_{min}}{p_{max}-p_{min}}.
• Mạch lọc RC và RL — tỉ số \dfrac{U_C}{U}=\dfrac{Z_C}{Z} giảm khi tần số tăng, nên đoạn R–C cho tín hiệu tần số thấp đi qua tốt hơn. Cần đọc đúng cặp đầu ra để xác định phần tử nằm giữa hai đầu đó.
• Tổng trở từ tỉ số điện áp — khi đo điện áp toàn mạch và điện áp một đoạn, tỉ số \dfrac{U_{AN}}{U}=\dfrac{Z_{AN}}{Z} cho phép tìm mối liên hệ giữa cảm kháng và điện trở.

Đại cương dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều hình sin có cường độ và điện áp biến thiên theo hàm sin hoặc cosin của thời gian, với biên độ I_0, U_0 và tần số góc \omega. Giá trị hiệu dụng liên hệ với giá trị cực đại qua I=\dfrac{I_0}{\sqrt{2}}, U=\dfrac{U_0}{\sqrt{2}}, E=\dfrac{E_0}{\sqrt{2}}; không được nhầm với một nửa giá trị cực đại.