Các thiết bị điện đã là phần không thể thiếu trong đời sống, sản xuất của chúng ta. Bạn có chú ý trên tem mác của chúng luôn có chữ AC hoặc DC. Đây là biểu thị ký hiệu điện mà thiết bị sử dụng để vận hành là dòng điện xoay chiều, hay 1 chiều. Tại đây, chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể dòng điện AC là gì? Cách dùng dòng điện AC như thế nào? Chúng ta cùng bắt đầu nhé!
Dòng điện AC là gì?
Điện AC có tên đầy đủ là Alternating Current hay còn gọi là dòng điện xoay chiều, điện từ công tơ điện phát ra. Đây là dòng điện tiêu chuẩn đi ra từ các ổ cắm điện. Với đặc điểm chiều và cường độ sẽ biến đổi theo chu kỳ tuần hoàn nhất định. Hiểu đơn giản, trong mạch điện chiều của dòng điện sẽ đi từ dương sang âm và ngược lại từ âm sang dương và tiếp tục đổi chiều.
Đồ thị của dòng điện AC sẽ có dạng hình sin và được ký hiệu chữ AC hoặc dấu ngã (~). Hiện nay, hầu hết các thiết bị gia dụng như điều hòa, máy giặt, bóng đèn, tivi, tủ lạnh… đều sử dụng dòng điện xoay chiều AC.
Ưu điểm của dòng điện AC
- Lắp đặt đơn giản, dễ dàng, không cần để ý cực dương hay cực âm mà chỉ cần quan tâm đúng điện áp định mức.
- Khi cần thiết hoàn toàn có thể chuyển đổi điện AC sang dòng điện DC nhờ hệ thống mạch chỉnh lưu.
- Được sử dụng phổ biến, rộng rãi trong các thiết bị điện, thiết bị gia dụng: máy tính, máy phát điện, tủ lạnh, quạt điện, điều hòa…
- Có thể tăng hoặc hạ điện áp nhờ máy biến áp từ đó giúp giảm hao phí khi truyền tải điện năng.
- Tiết kiệm dây dẫn, tạo ra từ trường quay khá mạnh, giúp hệ thống đạt hiệu quả kinh tế cao.
Công thức tính cường độ dòng điện xoay chiều AC
Cường độ dòng điện xoay chiều AC được tính theo công thức: i = I.cos(ωt + φ)
Với các giá trị tương ứng:
- i là giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t (cường độ tức thời)
- Io > 0 là giá trị i cực đại (Giá trị cường độ dòng điện lớn nhất)
- ω > 0 là tần số góc (rad/s)
- f là tần số (Hz),
- T là chu kỳ (s)
- (ωt + φ) là pha của i tại thời điểm t (rad)
- φ là pha ban đầu (rad)
>>Xem thêm: Dòng điện là gì?
Cơ chế để tạo ra dòng điện AC – dòng điện xoay chiều
Cơ chế tạo ra dòng điện xoay chiều AC là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Người ta có thể sử dụng phương pháp sau đây để tạo ra dòng điện xoay chiều:
- Phương pháp 1: Cho nam châm quay với vận tốc không thay đổi trong một khung dây kim loại dẫn điện kín
- Phương pháp 2: Cho khung dây kim loại dẫn điện quay với vận tốc đều trong môi trường từ trường có giá trị không thay đổi. Khi đó, trong khung dây sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng. Và khi nối hai đầu của khung dây với một mạch ngoài kín thì ở mạch ngoài này sẽ tồn tại dòng điện xoay chiều.
Phân loại dòng điện AC
Dòng điện AC được phân loại thành 2 loại chính là 1 pha và 3 pha, chi tiết cụ thể 2 loại này như sau:
Dòng điện AC 1 pha
Là dòng điện mà trong mạch điện có 2 dây nối cùng với nguồn điện và chiều hướng của cường độ dòng điện thay đổi, biến thiên liên tục phụ thuộc vào tần số của nguồn điện. Điện AC 1 pha điển hình là dòng điện 220V với kết cấu thông thường gồm 2 dây: dây pha và dây trung tính.
Dòng điện xoay chiều 2 pha
Theo quy ước chung, số pha quy định bằng số dây nóng không bao gồm dây trung tính. Vậy dòng điện 2 pha gồm 2 dây nóng hay 2 dây lửa và không có dây trung tính. Tuy nhiên, trong 2 dây đó có 1 dây có trị số rất thấp, chỉ nằm trong khoảng 3 – 5V và duy trì hiệu điện thế vẫn ở 220V.
Dòng điện AC 3 pha
Là dòng điện gồm 3 đường điện 1 pha chạy song song với nhau, cấu tạo cùng 1 dây trung tính, cùng biên độ, tần số nhưng lệch pha. Điện AC 3 pha gồm 3 dây nóng và 1 dây lạnh. Điệp áp 3 pha phổ biến hiện nay là dòng điện 380V, đối với các khu vực có giá trị điện 3 pha khác 380V cần thêm biến áp 3 pha hoặc ổn áp.
Ưu điểm của điện AC 3 pha là sử dụng rộng rãi trong gia đình và cả lưới điện công nghiệp. So với điện AC 1 pha khi truyền tải đi xa sẽ tiết kiệm tiết diện dây dẫn hơn. Và ở trường hợp tải điện cao áp, nguồn 3 pha sẽ có hiệu suất dẫn điện, khả năng chịu tải công suất lớn và ít hao phí điện năng hơn.
Quy định màu dây dẫn điện xoay chiều AC
Tùy thuộc vào từng quốc gia sẽ có những quy định khác nhau về màu sắc của các loại dây dẫn điện. Cụ thể, màu dây điện AC sẽ được quy định như sau:
Quy định màu dây dẫn điện xoay chiều AC theo tiêu chuẩn IEC (INternational Electrotechnical Commission)
- Dây điện tiếp đất có màu xanh lá – vàng
- Dây điện trung tính có màu xanh dương
- Dòng điện AC 1 pha: pha nóng sẽ có màu đen hoặc nâu
- Dòng điện AC 3 pha: pha 1 màu nâu, pha 2 màu đen, pha 3 màu xám.
Quy định màu dây dẫn điện AC theo tiêu chuẩn Mỹ US NEC
- Dây nối đất có màu xanh lá – vàng hoặc màu xanh lá.
- Dây trung tính có màu trắng hoặc màu xám
- Dòng điện AC 1 pha: pha nóng có màu đen hoặc đỏ
- Dòng điện 3 pha: pha 1 màu đen hay nâu, pha 2 màu đỏ hay cam, pha 3 màu xanh dương hoặc vàng.
Tại Việt Nam hiện nay, quy định màu dây điện AC được sử dụng theo tiêu chuẩn IEC phiên bản cũ trước năm 2006. Cụ thể:
- Dòng điện AC 1 pha: dây nóng màu đỏ, dây trung tính màu đen, xanh, trắng…
- Dòng điện AC 3 pha: pha 1 màu đỏ, pha 2 màu trắng hoặc vàng, pha 3 màu xanh dương
- Dòng điện trung tính màu đen
- Dây nối đất PE màu xanh lá sọc vàng.
Cách chuyển đổi dòng điện AC sang DC
Hiện nay, theo thống kê không phải thiết bị điện nào cũng có thể sử dụng dòng điện xoay chiều AC thay vì 1 chiều DC. Do đó để sử dụng, chúng ta cần phải chuyển đổi điện xoay chiều sang điện 1 chiều cần có thiết bị chỉnh lưu. Ví dụ trong máy tính, sạc điện thoại mạch chỉnh lưu sẽ ở trong board nguồn.
Cụ thể, với thiết bị chỉnh lưu, điện áp AC sẽ được chỉnh lưu thông qua các điốt – linh kiện bán dẫn và nắn thành dòng điện đi theo một chiều. Sau đó, dòng điện này được các bộ lọc gợn sóng làm cho bằng phẳng lại thành dòng điện một chiều cấp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung. Tiếp theo, dòng điện nạp cho biến áp xung được điều khiển bởi công tắc bán dẫn sẽ làm công tắc bán dẫn hoạt động dựa trên nguyên tắc điều biến độ rộng xung.
Kết quả tạo ra từ trường biến thiên với tần số được giữ ổn định và cảm ứng lên các cuộn dây thứ cấp. Cuối cùng được các bộ chỉnh lưu sơ cấp nắn lại lần nữa qua các bộ lọc sơ cấp thành dòng điện 1 chiều DC cho các thiết bị sử dụng. Một số linh kiện cần có trong mạch chỉnh lưu để thuận lợi, đáp ứng tốt quá trình chuyển đổi AC sang DC như tụ điện, biến áp, điện trở.
Ngoài ra, cũng có nhiều thiết bị khác có thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều sang dòng điện 1 chiều. Ví dụ bộ chuyển đổi điện KosaPlus với khả năng chuyển đổi tín hiệu input vào 0 – 500Vac và chuyển thành dạng tín hiệu 4 – 20mA hoặc 0-10 Vdc.
Tuy nhiên, bộ chỉnh lưu vẫn được sử dụng nhiều trong các hệ thống: công nghiệp, thiết bị tiêu dùng, đo lường, y tế, ứng dụng quốc phòng. Nhờ khả năng giữ điện áp ở mức đầu ra không đổi, ngăn không cho nguồn AC gây nhiễu đầu ra nguồn cấp DC và giúp tiết kiệm năng lượng, không gian cũng như chi phí.
Kết luận
Trên thực tế, dòng điện AC đã được ứng dụng cực kỳ phổ biến trong cả đời sống sinh hoạt và sản xuất. Ví như Việt Nam áp dụng dòng điện tiêu chuẩn cho sinh hoạt là dòng điện xoay chiều AC 220V, Nhật Bản sử dụng dòng điện xoay chiều 110 VAC. Một số nhà xưởng sản xuất có thể được thiết kế sử dụng điện xoay chiều ba pha 380 VAC. Hy vọng bài viết trên đây của chúng tôi sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về dòng điện AC là gì? Đồng thời nắm được cách chuyển đổi, ưu điểm của dòng điện AC và ứng dụng để vận dụng vào thực tế hiệu quả, an toàn.
