Hệ số công suất - Vật lý 12

$U$ Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch $\left(V\right)$.

$U_R$ Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở .$\left(V\right)$

$U_L$ Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm thuần .$\left(V\right)$

$U_C$ Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện $\left(V\right)$ .

$\cos \left(\phi \right)$ hệ số công suất của mạch

$\cos \left(\phi \right)$ Hệ số công suất của mạch.

$R$$\left(\Omega \right)$ Điện trở

$Z_L\left(\Omega \right)$ Cảm kháng 

$Z_C\left(\Omega \right)$ Dung kháng

Hiện tượng cộng hưởng là hiện tương xảy ra trong mạch RLC ,thay đổi L,C, f để I,P max.Khi đó

$u$cùng pha với $i$ ,hệ số công suất $\cos \left(\phi \right)=1$

Khi $Z_L=Z_C$ : $\cos \left(\phi \right)=\frac{R}{\sqrt{R^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}}=\frac{R}{R}=1$

Công suất : $P=\frac{U^2}{R}{\cos }^2\left(\phi \right)\to Max P=\frac{U^2}{R}$

$Z_L$ cảm kháng

$Z_C$ dung kháng

${\omega }_0$ tần số góc xảy ra cộng hưởng, I max

${\phi }_0$ độ lệch pha khi cộng hưởng

Khi mạch có cuộn cảm thuần công suất của toàn mạch bằng công suất tỏa nhiệt trên điện trở.

$P_{mach}$ công suất của toàn mạch$\left(W\right)$

$P_R$ công suất trên điện trở$\left(W\right)$

$U$ hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu mạch$\left(V\right)$

$I$ cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch.$\left(A\right)$

$R$ điện trở $\left(\Omega \right)$

$Q$ nhiệt lượng tỏa ra $\left(J\right)$

Khi mạch có cuộn cảm có điện trở trong công suất của toàn mạch bằng tổng công suất tỏa nhiệt trên điện trở và công suất trên điện trở trong..

$P_{mach}$ công suất của toàn mạch$\left(W\right)$

$P_R$ công suất trên điện trở$\left(W\right)$

$P_r$ công suất trên điện trở trong $\left(W\right)$

$U$ hiệu điện thế hiệu dụng ở hai đầu mạch$\left(V\right)$

$I$ cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch.$\left(A\right)$

$R$ điện trở $\left(\Omega \right)$

$Q$ nhiệt lượng tỏa ra $\left(J\right)$

Với mạch RLC cộng hưởng : $\phi =0\to \cos \left(\phi \right)=1\to P=R{I}^2$

Với mạch chỉ có L,C : $\phi =\pm \frac{\pi }{2}\to \cos \left(\phi \right)=0\to P=0$

Kết luận : công suất tỏa nhiệt chỉ có trên R

Hệ số công suất cho biết khả năng sử dụng điện năng của mạch

$I=\frac{P}{U.\cos \left(\phi \right)}$

Khi $\cos \left(\phi \right)$ tiến đến 1 ,hao phí giảm , càng có lợi

Để tăng $\cos \left(\phi \right)$ : $\cos \left(\phi \right)=\frac{R}{\sqrt{R+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}}$

Ta thường mắc các bộ tụ để giảm $\phi$

Trong các mạch điện : $\cos \left(\phi \right)\ge 0,85$

$$\begin{gathered} P_R=\frac{U^{2}R}{R^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}=\frac{U^2}{R^{ }+{\displaystyle \frac{{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}{R}}}\le \frac{U^2}{2\left|Z_L-Z_C\right|} \\ \to P_{R}max=\frac{U^2}{2\left(Z_L-Z_C\right)} khi R=\left|Z_L-Z_C\right| \end{gathered}$$

$\tan \left(\phi \right)=\frac{Z_L-Z_C}{R}\to \tan \left(\phi \right)=\pm 1\to \phi =\pm \frac{\pi }{4}$

$$\begin{gathered} P_R=\frac{U^{2}R}{{\left(R+r\right)}^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}=\frac{U^2}{R^{ }+{\displaystyle \frac{r^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}{R}+2r}}\le \frac{U^2}{2\left(R+r\right)} \\ \to P_{R}max=\frac{U^2}{2\left(R+r\right)} khi R=\sqrt{{\left(Z_L-Z_C\right)}^2+r^2} \end{gathered}$$

$\cos \left(\phi \right)=\frac{R}{\sqrt{{\left(R+r\right)}^2+{\left(Z_L-Z_C\right)}^2}}=\frac{R}{\sqrt{2R(R-r)}}=\sqrt{\frac{R}{2\left(R+r\right)}}$

$R_1.R_2$ giá trị điện trở khi có mạch có cùng công suất, cường độ dòng điện.

$R$ giá trị điện trở khi có mạch có cùng công suất cực đại $P_{max}=\frac{U^2}{2R}$

$\cos \left({\phi }_1\right)$ hệ số công suất của mạch khi ${\omega }_1$

$\cos \left({\phi }_2\right)$ hệ số công suất của mạch khi ${\omega }_2$

Công suất động cơ là công suất tiêu thụ ở 3 cuộn dây ,bằng tổng công suất hao phí ở 3 cuộn dây.

$P_{dc}=3R{I}^2=3UI\cos \left(\phi \right)=P_{ci}+3R{I}^2$

$P_{cơ}$ công suất có ích của động cơ$\left(W\right)$

$P$ công suất toàn phần $\left(W\right)$

$H$ hiệu suất của động cơ 

Ta xem động cơ như điện trở mắc nối tiếp với cuộn cảm

Đặt: $n=\frac{{\omega }_L}{{\omega }_C}=\frac{1}{1-{\displaystyle \frac{R^{2}C}{2L}}}$

Khi $U_C max$ : Chuẩn hóa : $Z_L=1 ;Z_C=n;R=\sqrt{2n-2}$

Khi $U_L max$ : Chuẩn hóa :  $Z_L=n ;Z_C=1;R=\sqrt{2n-2}$

$\cos \left(\phi \right)=\sqrt{\frac{2}{1+n}}$ giống nhau 2 trường hợp

$H$ hiệu suất của máy biến áp

$\cos \left({\phi }_2\right)$ hệ số công suất mạch thứ cấp

$\cos \left({\phi }_1\right)$ hệ số công suất mạch sơ cấp

Hiệu điện thế máy biến áp rất cao (>110%)

Với máy biến áp nấu kim loại, hàn điện : Tăng I , cuộn sơ cấp nhiều vòng tiết diện nhỏ.

$P_P$ Công suất phát điện

$U_P$ Hiệu điện thế khi truyền.

$I$ cường độ dòng điện trên dây 

$P_P$ công suất phát

$U_P$ hiệu điện thế phát

$∆U$ độ sút áp trên dây

$U_P$ hiệu điện thế phát

$U$ hiệu điện thế đến

$P_{hp}$ công suất hao phí trên dây $\left(W\right)$

$P_P$ công suất phát $\left(W\right)$

$U_P$ hiệu điện thế phát $\left(V\right)$

$I_2$ dòng điện ở cuộn thứ cấp $\left(A\right)$

$I_1$ dòng điện ở cuộn sơ cấp $\left(A\right)$

Nếu cuộn sơ cấp lí tưởng thì $\cos \left({\phi }_1\right)=1$

Khi cả 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp lí tưởng và hiệu suất bằng 1 thì máy tăng áp bao nhiêu thì dòng điện giảm bấy nhiêu.

$\cos \left({\phi }_2\right)$ hệ số công suất của cuộn thứ cấp

$\cos \left(\phi \right)$ hệ số công suất của mạch điện chứa tải

$U_2$ hiệu điện thế đầu ra cuộn thứ cấp $\left(V\right)$

$U$ hiệu điện thế mạch điện chứa tải $\left(V\right)$