KHẢO SÁT MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU


SGK Lớp 12 – Bài 12 – Trang 62

1. Mục Đích:

Làm quen với mạch điện xoay chiều.

Sử dụng các cảm biến để đo các đại lượng của dòng xoay chiều.

Xác định độ lớn của điện trở, độ tự cảm L, điện trở trong r của cuộn cảm, điện dung C của tụ điện.

2. Chuẩn bị lý thuyết:

Xét một mạch điện xoay chiều như trên hình 01. Nguồn điện có hiệu điện thế U, tần số ω.

Bài toán điện xoay chiều có thể giải bằng phương pháp giản đồ Fresnel. Trong đó hiệu điện thế giữa các điểm trong mạch và cường độ dòng điện trong mạch chính được mô tả bằng các vector có chiều dài tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện/ hiệu điện thế. Trục nằm ngang biểu diễn vector cường độ dòng điện trong mạch chính. Hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm không có điện trở trong được biểu diễn bằng vector vuông góc với dòng điện chạy qua cuộn cảm và chậm pha π/2. Nếu cuộn cảm có điện trở trong, thì hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch gồm cuộn cảm lý tưởng mắc nối tiếp với điện trở trong r. Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện được mô tả bằng vector phương vuông góc với dòng điện chạy qua nó và sớm pha hơn dòng điện π/2.

3. Thực hành:

Kết nối cảm biến điện thế ± 6V vào kênh CH1 của MGA. Chuẩn 0 cho hai cảm biến theo phụ lục. Mắc mạch điện như hình 1. Các pin giúp ta có thể đo được hiệu điện thế giữa các linh kiện. Bật công tắc nguồn điện bên sườn bảng mạch. Mắc hai đầu cảm biến điện thế vào giữ hai đầu bất kỳ, ta sẽ thu được dạng tín hiệu dạng hình sin (có thể cần phải phóng to kết quả đo lên) như hình sau.

Xác định biên độ của tín hiệu, từ đó tính ra được giá trị hiệu dụng của hiệu điện thế theo công thức  . Lần lượt mắc vôn kế vào các điểm để đo hiệu điện thé hiệu dụng giữa các điểm MN, MP, NP, PQ, MQ và ghi lại:

UMN = … ± …; UNP = … ± …;

UMP = … ± …; UPQ = … ± …; UMQ = … ± ….

Dùng thước và compa vẽ các vector quay của các hiệu điện thế trên theo cùng tỉ lệ xích:

Trước tiên vẽ cường độ mạch chính theo phương Δ nằm ngang; vì giữa M và N chỉ có điện trở thuần nên phương của vector quay MN trùng với phương của dòng điện mạch chính.

Với tâm là M vẽ đường tròn có bán kính tỉ lệ với hiệu điện thế MP; hiệu điện thế MP là một bán kính của đường tròn này. Vẽ đường tròn bán kính tỉ lệ thuận với UNP tâm là N. Đường tròn này sẽ cắt đường tròn trên tại điểm P.

Từ điểm P vừa xác định được vẽ đường tròn tâm P bán kính tỉ lệ với UPQ. Đường tròn này sẽ cắt đường tròn tâm M tại điểm Q. Nối P với Q, đoạn PQ cắt trục Δ tại H.

Như vậy ta đã xác định được hết các điểm tương ứng với mạch điện trên giản đồ. Hình sau mô tả thứ tự các bước.