Dòng điện xoay chiều, hay còn được biết đến như là dòng điện AC; là một khái niệm không còn xa lạ với chúng ta. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta sử dụng rất nhiều thiết bị điện tử hoạt động dựa trên dòng điện xoay chiều; cũng như một số thiết bị khác hoạt động trên dòng điện một chiều. Nhưng thực sự, dòng điện xoay chiều là gì? Trong bài viết này, tôi muốn giới thiệu với các bạn về dòng điện xoay chiều – một khái niệm có thể chưa quen thuộc với một số người.
Dòng điện xoay chiều là gì ?
Lịch sử ra đời dòng điện xoay chiều
Nikola Tesla, nhà khoa học người Mỹ gốc Serbia; được biết đến nhiều nhất với phát minh về hệ thống điện xoay chiều (AC); nền tảng cho hệ thống điện hiện đại ngày nay.
Năm 1882, ông khám phá ra từ trường xoay chiều, đặt nền móng cho mọi thiết bị sử dụng điện AC.
Năm 1888, phát minh về động cơ cảm ứng AC và các bằng sáng chế liên quan của ông đã được cấp phép bởi Westinghouse Electric.
Năm 1895, Tesla hoàn thành giấc mơ thời thơ ấu khi xây dựng nhà máy thủy điện đầu tiên tại thác Niagara, sử dụng điện AC.
Những đóng góp của Tesla cho phép cung cấp điện trên diện rộng cho nhà cửa; doanh nghiệp và các thiết bị điện tử, biến ông trở thành một trong những nhà phát minh vĩ đại nhất mọi thời đại.
Khái niệm dòng điện xoay chiều là gì ?
Dòng điện xoay chiều, hay AC; là loại dòng điện có khả năng thay đổi hướng theo một chu kỳ nhất định. Điều này tạo nên sự khác biệt rõ ràng so với dòng điện một chiều; hay DC, chỉ duy trì một hướng không đổi.
Mặc dù DC, dòng điện chỉ chạy theo một hướng; có thể được coi là một trong những khái niệm cơ bản nhất trong lĩnh vực kỹ thuật điện; nhưng nó không phải là loại dòng điện duy nhất mà chúng ta sử dụng. Cả AC và DC đều mô tả các loại dòng điện có thể tồn tại trong một mạch điện.
Nhiều nguồn điện, đặc biệt là máy phát điện; tạo ra dòng điện xoay chiều với hiệu điện thế thay đổi giữa dương và âm theo thời gian. Một máy phát điện xoay chiều cũng có thể được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều một cách cố ý.
Dòng điện xoay chiều 1 pha là gì ?
Dòng điện xoay chiều 1 pha là dòng mà ở trong mạch điện có hai dây nối cùng với nguồn điện. Chiều hướng của cường độ dòng điện trong mạch AC thay đổi nhiều lần tùy thuộc vào tần số của nguồn điện bên trong mạch.
Dòng điện 220V được cấp cho từng hộ gia đình sử dụng đều là điện xoay chiều 1 pha; có 2 dây gồm dây pha và dây trung tính.
Dòng điện xoay chiều 3 pha là gì ?
Đây là dòng điện trong mạch điện xoay chiều gần giống như 3 đường điện 1 pha; chạy song song với nhau và cùng chung 1 dây trung tính. Vì thế, hệ thống điện trong sinh hoạt thường ngày thường có 4 dây; 3 dây nóng và 1 dây lạnh (trung tính – 0V).
Cách tạo ra dòng điện xoay chiều
Quá Trình Tạo Ra Dòng Điện Xoay Chiều là gì ?
Để hiểu rõ hơn về quá trình tạo ra dòng điện xoay chiều, chúng ta cần nhìn vào cấu tạo và hoạt động của một máy phát điện xoay chiều.
Trong một máy phát điện xoay chiều, một thành phần quan trọng là cuộn dây dẫn điện. Cuộn dây này được đặt trong một từ trường, thường được tạo ra bởi một nam châm hoặc một cuộn dây điện khác chạy dòng điện một chiều.Khi máy phát điện hoạt động, cuộn dây này sẽ quay nhanh chóng bên trong từ trường. Sự quay này tạo ra một hiệu ứng gọi là cảm ứng từ, khiến một dòng điện được tạo ra và chạy dọc theo cuộn dây.Điều thú vị là khi cuộn dây quay, nó sẽ liên tục chuyển qua lại giữa các cực của từ trường. Điều này có nghĩa là mỗi lần cuộn dây đi qua một cực từ, hướng của dòng điện sẽ đổi chiều. Đây chính là nguyên lý hoạt động tạo ra dòng điện xoay chiều.
Trong một máy phát điện xoay chiều, một thành phần quan trọng là cuộn dây dẫn điện. Cuộn dây này được đặt trong một từ trường, thường được tạo ra bởi một nam châm hoặc một cuộn dây điện khác chạy dòng điện một chiều.Khi máy phát điện hoạt động, cuộn dây này sẽ quay nhanh chóng bên trong từ trường. Sự quay này tạo ra một hiệu ứng gọi là cảm ứng từ, khiến một dòng điện được tạo ra và chạy dọc theo cuộn dây.Điều thú vị là khi cuộn dây quay, nó sẽ liên tục chuyển qua lại giữa các cực của từ trường. Điều này có nghĩa là mỗi lần cuộn dây đi qua một cực từ, hướng của dòng điện sẽ đổi chiều. Đây chính là nguyên lý hoạt động tạo ra dòng điện xoay chiều.
Các Dạng Sóng Của Dòng Điện Xoay Chiều Dòng điện xoay chiều
Có thể xuất hiện dưới nhiều hình dạng sóng khác nhau; miễn là cả điện áp và dòng điện đều đổi chiều.
Nếu chúng ta kết nối một mạch xoay chiều với một máy hiện sóng và vẽ biểu đồ điện áp theo thời gian; chúng ta sẽ thấy một số hình dạng sóng khác nhau như sin, vuông và tam giác.
Trong số đó, sóng sin là hình dạng sóng phổ biến nhất. Thực tế, AC trong hầu hết các tòa nhà có dây nguồn sẽ có điện áp dao động theo hình dạng sóng sin.
Ứng dụng dòng điện xoay chiều
Dòng AC thường được tìm thấy nhất trong các tòa nhà có dây điện như nhà ở và văn phòng. Điều này là do việc tạo ra và vận chuyển dòng điện xoay chiều qua những khoảng cách xa là tương đối dễ dàng.
Ở điện áp cao trên 110kV, ít hao phí năng lượng hơn trong quá trình truyền tải điện năng. Ở điện áp cao hơn, dòng điện thấp hơn được tạo ra; và dòng điện thấp hơn tạo ra ít nhiệt hơn trong đường dây điện do mức điện trở thấp hơn.
Do đó, điều này có nghĩa là ít năng lượng bị mất hơn dưới dạng nhiệt. Dòng điện xoay chiều có thể được chuyển đổi sang áp thấp sang áp cao; hoặc áp cao sang áp thấp một cách dễ dàng bằng cách sử dụng máy biến áp. Ngày nay hầu hết các thiết bị quan trọng trong đời sống; và sản xuất điều sử dụng dòng điện xoay chiều. Một hiệu ứng của điện từ học gọi là cảm ứng điện từ; trong đó hai hoặc nhiều cuộn dây được đặt để từ trường thay đổi trong một cuộn dây tạo ra điện áp ở cuộn dây kia; có thể được sử dụng để chế tạo một thiết bị gọi là máy biến áp.
Nếu có hai cuộn dây thuần cảm giống nhau và một cuộn dây được cấp điện xoay chiều thì ở cuộn dây kia sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều.
Lợi ích của máy biến áp
Công dụng cơ bản của máy biến áp là tăng; hoặc giảm điện áp từ cuộn dây được cấp điện sang cuộn dây không được cấp nguồn. Điều này mang lại cho AC một lợi thế hơn hẳn DC trong lĩnh vực phân phối điện bởi vì, như đã đề cập ở trên; truyền tải điện năng trên một khoảng cách xa hiệu quả hơn rất nhiều với điện áp tăng dần và cao hơn; dòng điện nhỏ hơn.
Trước khi đến các ổ cắm điện, điện áp được giảm xuống và dòng điện được tăng trở lại. Loại công nghệ máy biến áp này đã làm cho phân phối điện trên phạm vi dài trở nên hiệu quả và thiết thực.
Ký hiệu điện xoay chiều
Trong kỹ thuật điện, nguồn xoay chiều được viết tắt tiếng Anh là AC (viết tắt của Alternating Current); và được ký hiệu bởi hình ~ (dấu ngã – tượng trưng cho dạng sóng hình sin).
Tần số của điện xoay chiều là gì ?
Nguồn điện 50 Hz và 60 Hz thường được sử dụng nhiều nhất trong hệ thống điện quốc tế. Một số quốc gia (khu vực) thường sử dụng lưới điện 50Hz trong khi các quốc gia khác sử dụng lưới điện 60Hz.
Dòng điện xoay chiều (AC) là dòng điện đổi chiều theo chu kỳ.
Chu kỳ là thời gian thay đổi theo chu kỳ của dòng điện.
Tần số là thời gian dòng điện thay đổi trong một giây, đơn vị Hertz (Hz).
Hướng dòng điện xoay chiều thay đổi 50 hoặc 60 chu kỳ mỗi giây, tương ứng với 100 hoặc 120 lần thay đổi mỗi giây, khi đó tần số là 50 Hertz hoặc 60 Hertz.
50Hz là gì : 50 Hertz (Hz) có nghĩa là rôto của máy phát điện quay 50 vòng mỗi giây, dòng điện thay đổi qua lại 50 lần mỗi giây, chiều thay đổi 100 lần. Điều đó có nghĩa là điện áp thay đổi từ dương sang âm, và từ điện áp âm sang dương, quá trình này chuyển đổi 50 lần / giây. Điện xoay chiều 380V và điện xoay chiều 220V, đều có tần số 50 Hz.
Cách tính tốc độ động cơ dựa vào tần số
Tốc độ của máy phát điện đồng bộ 2 cực 50 Hertz là 3000 vòng / phút. Tần số nguồn điện xoay chiều được xác định bằng số cực của máy phát p và tốc độ n , Hz = p * n / 120. Tần số chuẩn của lưới là 50 Hz, là một giá trị không đổi. Đối với động cơ 2 cực, tốc độ n = 50 * 120/2 = 3000vòng / phút; đối với động cơ 4 cực, tốc độ n = 50 * 120/4 = 1500vòng / phút.
Khi tần số tăng, tiêu thụ đồng và thép của máy phát và máy biến áp giảm, cùng với việc giảm trọng lượng và giá thành, nhưng sẽ làm cho điện cảm của thiết bị điện và đường dây tải điện tăng lên, làm giảm điện dung và tăng tổn hao, do đó làm giảm hiệu suất truyền động. Nếu tần số quá thấp, vật liệu của thiết bị điện sẽ tăng lên, cùng với đó là chi phí nặng và cao, và sẽ làm cho đèn nhấp nháy rõ ràng. Thực tiễn đã chứng minh việc sử dụng tần số 50 Hz và 60 Hz là phù hợp.
Lời kết
Trên đây là khái quát về dòng điện xoay chiều cũng như cách thức hoạt động và ứng dụng của nó. Mình mong bài viết này sẽ đem đến cho bạn thêm góc nhìn nho nhỏ giúp bạn hiểu rõ hơn về dòng điện xoay chiều.
Nếu bạn có bất cứ thắc mắc gì, hãy để lại bình luận ngay phía dưới. Hoặc cần tư vấn về giải pháp kỹ thuật, hãy liên hệ theo thông tin bên dưới. Chúng tôi sẽ ngay lập tức hỗ trợ bạn!
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Chúc các bạn thành công!
