Dòng Điện Xoay Chiều Là Gì? Cách Tạo Và Những Ứng Dụng

Trong thế giới ngày nay, bên cạnh oxy, thức ăn hay nước uống thì điện cũng đóng một vai trò vô cùng quan trọng đối với con người. Tất cả các thiết bị công nghiệp, văn phòng, nhà ở, công nghệ đều chạy bằng điện. Trong đó, dòng điện xoay chiều (AC) được dùng trong dân dụng nhiều nhất.

1. Dòng điện xoay chiều là gì?

Nếu dòng điện có hướng không đổi trong mạch được gọi là dòng điện một chiều (DC), thì dòng điện xoay chiều (AC) được gọi là dòng điện có các cực thay đổi xoay chiều theo thời gian. Bởi vì các cực thay đổi liên tục như vậy nên nó làm cho dòng điện liên tục thay đổi đường đi trong mạch.

Số lần dòng điện đổi chiều trong một giây có thể được xác định là tần số của AC. Tần số 50Hz có nghĩa là nó thay đổi hướng nó 50 lần trong một giây. Thông thường tần số AC sẽ là 50 – 60 Hz tùy thuộc vào hệ thống điện của quốc gia.

Công thức

Nói chung, dạng sóng AC được biểu diễn bằng dạng sóng hình sin và công thức toán học của nó là:

A (t) = A sin (2πƒt)

Trong đó:

• A là độ lớn của tín hiệu
• t là khoảng thời gian
• f là tần số của tín hiệu

Thực tế, AC được biểu diễn bằng một dạng sóng với biên độ và khoảng thời gian khác nhau của nó. Có nhiều dạng sóng mà chúng ta có thể biểu diễn AC như sóng vuông hoặc sóng tam giác, nhưng đơn giản nhất vẫn là biểu diễn nó bằng sóng hình sin. Với mỗi chu kỳ hoàn chỉnh của sóng sin, ta thấy có nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm. Các nửa chu kỳ dương và âm này sẽ biểu thị rằng dòng điện xoay chiều sẽ đổi chiều theo chu kỳ.

Số chu kỳ được tạo ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ của dây quay. Nghĩa là tốc độ của cuộn dây càng nhanh thì tần số sẽ càng cao. Vì thế f tỷ lệ thuận với n, trong đó ‘n’ số vòng quay của dây. Sự đảo cực tuần hoàn dẫn đến việc tạo ra điện áp có cực tính xoay chiều và do đó tạo ra được dòng điện xoay chiều.

2. Tạo ra dòng điện xoay chiều

Chúng có thể được tạo ra bằng nhiều phương pháp và bằng nhiều mạch điện. Trong đó phương pháp đơn giản nhất để tạo ra AC là sử dụng máy phát điện xoay chiều cuộn dây đơn cơ bản.

Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ của Faraday để chuyển đổi năng lượng cơ học (chẳng hạn như quay) thành năng lượng điện.

Một máy phát điện đơn giản bao gồm hai nam châm vĩnh cửu. Chúng sẽ tạo ra một từ trường cố định giữa các cực Bắc và Nam. Trong từ trường này, sẽ có một vòng dây hình chữ nhật duy nhất là bộ phận quan trọng của máy phát điện. Nó sẽ quay quanh một trục cố định trong từ trường tạo ra bởi các nam châm cực và nó cắt từ thông. Trục trung tâm vuông góc với từ trường do hai cực tạo ra.

Lúc đầu, dây dẫn song song với từ trường và không cắt từ thông (các đường sức từ). Vì vậy, không có điện áp cảm ứng trong mạch. Khi dây quay ngược chiều kim đồng hồ, các mặt của dây sẽ cắt các đường sức từ theo những hướng ngược nhau.

Khi vòng dây đã quay 180 độ trên các đường sức từ ngược chiều thì các electron trong dây chuyển động ngược chiều. Điều này có nghĩa là, đối với mỗi vòng quay hoàn chỉnh (360 độ) của dây, một dạng sóng hình sin đầy đủ được tạo ra.

3. Ứng dụng

Khi nói đến ngành công nghiệp, dòng điện xoay chiều nói chung không có nhiều ưu điểm thực tế hơn dòng điện một chiều. Tuy nhiên, AC lại vẫn được sử dụng ở hầu hết thế giới trong các trường hợp liên quan đến động cơ điện, máy phát điện và hệ thống phân phối điện. Còn khi nói đến trong cuộc sống, điện thoại, âm thanh nổi và TV của bạn sử dụng AC. Hầu hết mọi thứ bạn sử dụng đều phụ thuộc vào dòng điện xoay chiều, vì vậy việc sử dụng dòng điện xoay chiều là hầu như vô tận. Bởi vì sao AC lại được ứng dụng rộng rãi trong cả công nghiệp và đời sống như thế này?

Dòng điện xoay chiều thường được sử dụng trong phân phối năng lượng điện do ưu điểm của nó là sử dụng được với máy biến áp để tăng hoặc giảm điện áp của nó khi cần thiết.

Cụ thể trong phân phối điện, năng lượng điện phải được vận chuyển đến nhiều khu vực khác nhau trên một khoảng cách xa. Để làm điều này, hiệu quả nhất là vận chuyển nó với điện áp cao và dòng điện thấp, sau đó để nó “biến đổi” thành điện áp thấp hơn và dòng điện cao hơn khi được đến nhà dân và doanh nghiệp. Có một thiết bị làm được điều này được gọi là máy biến áp. Tuy nhiên, máy biến áp sẽ chỉ hoạt động với dòng điện hai chiều chứ không phải một chiều. Kết quả là, chúng ta thấy AC phổ biến hơn nhiều trong các ứng dụng vận chuyển điện.

4. Kết

Dòng điện xoay chiều là dòng điện đảo chiều theo chu kỳ trong giây. Nó có chi phí thấp và thiết lập ít phức tạp, hơn nữa nó còn được sử dụng được với máy biến áp. Điều này đem lại sự hiệu quả hơn khi vận chuyển điện từ nơi này sang nơi khác nên thực tế nó đang được ứng dụng rất rộng rãi.