Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung

Trong bài học này, chúng ta sẽ khám phá các khái niệm về phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung , đồng thời hiểu tất cả các thuật ngữ cơ bản. Phản ứng cảm ứng thường liên quan đến từ trường xung quanh dây hoặc cuộn dây mang dòng điện. Tương tự như vậy, điện kháng điện dung thường được liên kết với điện trường liên tục thay đổi giữa hai tấm dẫn điện hoặc các bề mặt được giữ cách xa nhau bằng một môi trường cách điện nào đó.

Tuy nhiên, trước khi tìm hiểu chi tiết về các chủ đề này, trước tiên chúng ta sẽ nhớ lại định nghĩa về điện kháng và sau đó chuyển sang tìm hiểu các loại của nó. Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung là hai loại phản ứng chính.

Phản ứng là gì?

Điện kháng là sự đối lập giữa tụ điện và cuộn cảm trong mạch với dòng điện xoay chiều trong mạch. Nó khá giống với điện trở , nhưng điện kháng thay đổi theo tần số của nguồn điện áp xoay chiều. Nó được đo bằng ohm.

Nếu chúng ta nhìn vào các dây dẫn mang dòng điện xoay chiều, chúng ta sẽ thấy rằng điện kháng luôn tồn tại cùng với điện trở. Hơn nữa, điện kháng cũng xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn hơn, vì dòng điện một chiều thay đổi khi tiến đến hoặc rời khỏi dòng chảy ổn định.

image 151
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 46

Chúng tôi sẽ thảo luận chi tiết về chúng dưới đây.

Điện kháng cảm ứng (X L)

Định nghĩa: Điện kháng cảm ứng là sự đối lập của cuộn cảm trong mạch điện xoay chiều với dòng điện xoay chiều.

Nó được biểu thị bằng (X L ) và được đo bằng ohm (Ω). Phản ứng cảm ứng chủ yếu là thấp ở tần số thấp hơn và cao ở tần số cao hơn. Tuy nhiên, nó không đáng kể đối với dòng điện một chiều ổn định.

Công thức phản ứng cảm ứng được đưa ra như sau:

Điện kháng cảm ứng,  L  = 2πfL

Mạch điện xoay chiều có cuộn cảm thuần được biểu diễn dưới dạng

image 152
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 47

Bởi KVL (Định luật điện áp Kirchhoff)

image 153
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 48

image 154
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 49

L = Lw = 2πLf (điện kháng cảm ứng)

L α L

L α w → 1

Trong đó:

L – độ tự cảm của cuộn dây

W – là tần số góc của nguồn điện áp xoay chiều.

Từ phương trình 1,

W → Tần số cao hơn → Điện trở dòng điện cao hơn

Cao (f cao ) (hoặc)

Dòng điện thay đổi nhanh hơn ở tần số cao hơn

W = 0 → f = 0 → X L = 0

L (Điện kháng cảm ứng)

image 155
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 50

w ≠ 0 | w = 0

L = Lw | X L = 0

đối với AC có f cao → X L = Cao | đối với DC XL → bằng 0

đối với dòng điện xoay chiều có tần số thấp → X L = nhỏ (X L = điện trở của dây trong mạch)

Vì từ sơ đồ pha cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở, tụ điện và cuộn cảm.

Đối với mạch điện xoay chiều chỉ có một điện trở và sơ đồ pha của nó:

Mạch điện xoay chiều chỉ có một điện trở chứng tỏ dòng điện và điện áp cùng pha, tức là tăng điện áp thì dòng điện tăng (ngược lại).

image 156
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 51
image 157
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 52

Đối với mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm (L):

Chúng ta biết rằng V = Vo sin wt

i = io cos wt

image 158
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 53

Dòng điện trễ hơn điện áp với độ lệch pha giữa chúng là π/2.

image 159
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 54

Mạch điện xoay chiều chỉ có R

V = v o sin wt

i = io sin wt

Mạch điện xoay chiều có L

V = v o sin wt

i = io sin wt

(i) Như chúng ta có thể thấy rõ từ sơ đồ pha ở trên, trong mạch điện xoay chiều có điện trở thuần, dòng điện xoay chiều qua nó và điện áp xoay chiều trên nó cùng tăng (hoặc) giảm cùng nhau, điều này cho thấy cả dòng điện và điện áp đều bằng nhau trong giai đoạn.

(ii) Nhưng trong trường hợp mạch điện xoay chiều có L (duy nhất) , từ sơ đồ pha đã cho có thể thấy rõ rằng V và I lệch pha nhau. Điều này có nghĩa là nếu V = max thì i = min.

(iii) Điều này là do đặc tính của cuộn cảm. Độ tự cảm luôn chống lại sự thay đổi của dòng điện, nghĩa là dòng điện qua cuộn cảm liên tục tự đảo chiều.

(iv) Định luật Lenz: Theo Định luật Lenz, một mạch điện có điện cảm tạo ra lực đối nghịch với sự thay đổi của dòng điện cảm ứng emf (emf cảm ứng), duy trì pha giữa v và i, giữ nguyên.

(v) Chúng ta có thể xem hình trên là bốn chu kỳ.

(a) Chu kỳ đầu tiên (T/4)

Điện áp ứng dụng bắt đầu tăng từ 0.

Khi v = o, i = – Ve(max) = -i max

Khi v = V max thì i = 0

(b) Chu kỳ thứ hai (T/4)

Điện áp áp dụng bắt đầu giảm từ V max.

Khi V đạt:

V = o i = imax

(c) Chu kỳ thứ ba (T/4)

Điện áp đặt vào bắt đầu tăng theo hướng ngược lại.

Khi V đạt thì V = – V max ,

i bắt đầu giảm đạt i = 0

(d) Chu kỳ thứ tư (T/4)

Điện áp áp dụng bắt đầu giảm từ –V max xuống 0, nhưng i đạt đến –i max .

V = 0 , i = – i max

Hiệu ứng quán tính của cuộn cảm

Từ phân tích trên chúng ta có thể thấy rằng V và i liên tục thay đổi về độ lớn và hướng. Điều này là do cuộn cảm liên tục đảo chiều dòng điện chạy qua nó do hiệu ứng quán tính của lực điện động.

Hiệu ứng quán tính cho > hiệu ứng quán tính cho DC

Tương tự, đối với AC,

Giá trị độ tự cảm (L) lớn hơn → độ đối lập lớn hơn do hiệu ứng quán tính

Dòng điện đảo chiều nhanh hơn → lực cản lớn hơn do hiệu ứng quán tính.

Đối với sự cản trở của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều, chúng ta không thể gọi nó là điện trở vì đây không phải là ma sát bên trong dây dẫn; đây là phản ứng của cuộn cảm trước sự thay đổi của dòng điện xoay chiều.

Trường hợp đặc biệt

Một cuộn cảm (L) → có X L đáng kể đối với nguồn AC và làm giảm lượng dòng điện.

Trường hợp (I): Cuộn cảm và bóng đèn mắc nối tiếp với nguồn điện xoay chiều

image 160
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 55

(i) Mạch không có cuộn cảm (ii) Mạch có cuộn cảm cao (iii) Mạch có cuộn cảm thấp

Không có cuộn cảm, X L = 1000Ω đối với ưu đãi cuộn cảm DC

Nguồn AC làm bóng đèn phát sáng

image 161
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 56

L = 0

Khi sáng hoàn toàn = 0,012 A i = 1,4 A

image 162
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 57

Ở đây, ánh sáng rực rỡ đầy đủ.

Trường hợp (II): Tổ hợp điện kháng cảm ứng

L = cung cấp sự đối lập với nguồn AC. Vì vậy, nó được tóm tắt theo cách tương tự như mức kháng cự.

image 163
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 58

Trái = X L1 + X L2

image 164
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 59

Trường hợp (III): Dòng điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm

image 165
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 60
image 166
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 61
image 167
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 62
image 168
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 63
image 169
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 64
image 170
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 65

Ứng dụng của phản ứng cảm ứng

L – đối với AC cung cấp điện kháng tối thiểu đối với AC ở tần số thấp và điện kháng tối đa đối với AC ở tần số cao.

Đối với DC – X L = 0

Sự khác biệt giữa trở kháng và phản ứng

Điện trở → không phụ thuộc vào tần số

Phản ứng → phụ thuộc vào tần số.

image 171
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 66

Một cuộn cảm được mắc vào nguồn điện xoay chiều 100V và 50Hz. Điều gì xảy ra với dòng điện trong mạch nếu tần số tăng?

L = L w , để tăng in(f), làm tăng X L

image 172
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 67

, do đó dòng điện sẽ giảm

Một cuộn cảm được nối với nguồn điện xoay chiều 100 V và 50 Hz. Điều gì xảy ra với dòng điện trong mạch nếu tần số của nó giảm?

L = L w , do giảm (f), làm giảm X L

image 173
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 68

, vì vậy dòng điện sẽ tăng lên.

phản ứng điện dung

Phản ứng điện dung là gì? Định nghĩa về điện kháng điện dung nói rằng đó là sự đối lập của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều trong mạch điện xoay chiều. Một tụ điện chống lại những thay đổi về hiệu điện thế hoặc điện áp trên các bản của nó. Điện dung được cho là tỷ lệ nghịch với tần số tín hiệu. Nó thường được biểu thị bằng (X c ) và được đo bằng đơn vị SI là ohm (Ω).

Công thức phản ứng điện dung được đưa ra như sau:

Điện kháng, X c = 1/2f C

Mạch điện xoay chiều có tụ điện thuần được biểu diễn dưới dạng

image 174
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 69

Theo KVL,

image 175
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 70

CV có hoặc không có wt = q

image 176
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 71

wcv o cos twt = i

trong đó wcV o = i o

image 177
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 72

Dòng điện xoay chiều chạy qua tụ điện khi đặt điện áp xoay chiều.

Nếu c – nhỏ → cho phép dòng điện nhỏ

F – nhỏ → dòng điện nhỏ hơn

image 178
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 73

Từ,

V = V o sinwt

i = io coswt = io sin

image 179
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 74

Dòng điện (i) dẫn có độ lệch pha π/2 so với điện áp đặt vào.

Như chúng ta đã biết, không có dòng điện chạy qua chất điện môi của tụ điện, nhưng việc nạp/xả thay thế của tụ điện xuất hiện khi dòng điện đi qua tụ điện.

image 180
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 75

Khi đặt điện áp xoay chiều → Quá trình sạc và xả thay thế xảy ra liên tục với tụ điện và nó xuất hiện dưới dạng dòng điện chạy qua tụ điện.

image 181
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 76

Mạch điện xoay chiều có điện trở thuần

V = vo sin wt

i = io sin wt

Mạch điện xoay chiều có tụ điện thuần

v = v o sin wt

I – io cos wt

Hình trên thể hiện sơ đồ pha của mạch điện xoay chiều với điện trở thuần và tụ điện thuần. Chúng ta có thể thấy rõ sự khác biệt giữa sơ đồ pha của điện trở thuần và điện cảm thuần.

Bây giờ chúng ta sẽ thảo luận về sơ đồ pha của tụ điện thuần túy:

Từ t = 0 đến t = T/4, điện áp xoay chiều đang tăng theo độ biến thiên dương của điện áp xoay chiều với tốc độ lớn nhất, vì chúng ta biết rằng điện tích trên tụ điện thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào. Vì vậy, nó cho biết điện tích trên tụ điện cũng đang thay đổi với tốc độ lớn nhất. Nói cách khác, một số lượng lớn hơn các electron đang di chuyển từ tấm này sang tấm khác.

Khi V = V max , I = 0, nghĩa là tụ điện đạt trạng thái ổn định (đã tích điện đầy).

Khi điện áp đạt đến mức tối đa, sự thay đổi điện áp xoay chiều tiến tới 0 (trở nên ít hơn) và dòng điện phải giảm về 0.

Chu kỳ thứ hai của (T/4):

V = V max đến V = tiến tới 0.

V đang giảm, nhưng vẫn theo chiều dương, điều đó có nghĩa là các bản đã tích lũy quá nhiều electron phải mất một số electron và dòng điện phải đảo ngược hướng của dòng điện, đang tăng theo -ve.

Chu kỳ thứ ba của (T/4):

Điện áp từ V o đến V = – V max

Phân cực điện áp xoay chiều ứng dụng bị đảo ngược; nó bắt đầu tăng đến V max theo hướng –ve khi v đạt V max, nghĩa là điện tích được phân bố đều giữa các bản của tụ điện. Tại Vmax – tụ điện đạt trạng thái ổn định (được tích điện đầy) nên i = 0 (không).

Tương tự, chu kỳ thứ tư của (T/4):

Một lần nữa điện áp bắt đầu giảm từ Vc = V max xuống V = V o , tụ điện phải mất một số điện tích từ các bản âm của nó bằng cách phóng điện.

Bốn chu kỳ được thảo luận ở trên lặp đi lặp lại ngày càng xa hơn.

Thực hiện quá trình sạc/xả:

Biên độ và cực tính của điện áp xoay chiều cũng như biên độ và hướng của dòng điện xoay chiều được sạc liên tục.

Hướng và cường độ dòng điện liên quan đến cực tính và cường độ điện áp xuất hiện trên các bản của tụ điện, làm thay đổi hướng dòng điện tích ở cùng tốc độ với điện áp đặt vào AC. Điều này làm cho tụ điện chạy qua một dòng điện xoay chiều. Trên thực tế, các điện tích không đi qua chất điện môi, nhưng hiệu ứng dồn dập liên quan đến chuyển động tới lui của các điện tích từ tấm này sang tấm khác gây ra sự đối lập nảy sinh trong quá trình dòng điện tích chạy qua.

Sự đối lập đó là (X c ).

Đối với một điện áp xoay chiều nhất định có tần số các điện tích có thể qua lại giữa các bản của tụ điện bị giới hạn bởi dung lượng lưu trữ của tụ điện, gọi là điện dung của tụ điện, và sự đối kháng của tụ điện được gọi là điện kháng (X c ).

image 182
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 77

Trường hợp đặc biệt

Tụ điện chống lại dòng điện xoay chiều chạy qua mạch (X c ).

Trường hợp (I):

image 183
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 78

Không có dòng điện chạy qua điện môi của tụ điện.

Bằng cách tăng điện áp đặt vào: Tụ điện bắt đầu sạc và bắt đầu chạy từ nơi này sang nơi khác theo một hướng.

Khi điện áp giảm: Tụ điện bắt đầu phóng điện. Lúc này hướng truyền điện tích bị đảo ngược.

Tụ điện thay thế sạc và phóng điện→ Khi cấp điện áp xoay chiều cho nó.

Điện kháng của tụ điện với AC và DC:

image 184
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 79
image 185
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 80
image 186
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 81
image 187
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 82

Một tụ điện 4μf được cắm vào và trong trường hợp này, bóng đèn phát sáng ít hơn khi DC w = 0

Nối tiếp vào bóng đèn, bóng đèn sáng thì áp dụng tụ 4μF cho tụ DC ∞

Khi đèn sáng, ta có i = Vo / X c = Vo WC, toàn bộ điện trở i α c bị giảm trên công suất nên bóng đèn không sáng được.

Trường hợp (II): Điện kháng nối tiếp và song song

c – Điện dung không đối lập với dòng điện xoay chiều. Chúng hoạt động như các điện trở và chúng sẽ được coi giống như các điện trở được mắc nối tiếp và song song.

image 188
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 83

Xc 1 = Xc 1 + Xc 2 + …

image 189
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 84

Trường hợp (III): Dòng điện qua điện kháng

image 190
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 85
image 191
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 86
image 192
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 87
image 193
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 88
image 194
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 89
image 195
Phản ứng cảm ứng và phản ứng điện dung 90

Ứng dụng của điện dung

Xc – Chặn dòng điện một chiều

Xc – Cung cấp phản ứng thấp với AC

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Vui lòng bỏ chặn quảng cáo!

Chúng tôi đã phát hiện ra rằng bạn đang sử dụng tiện ích mở rộng để chặn quảng cáo.  Hãy ủng hộ chúng tôi bằng cách vô hiệu hóa các trình chặn quảng cáo này.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO
Chat Zalo

0914969904

error: Đừng cố copy bạn ơiiii :((