So sánh điện một chiều (DC) và điện xoay chiều (AC)

Trong chương trình vật lý phổ thông, hẳn chúng ta đã được làm quen với khái niệm điện một chiều và điện xoay chiều. Bài so sánh điện một chiều (DC) và điện xoay chiều (AC) sẽ làm rõ một số khác biệt cơ bản.

Các nội dung chính:

1. Điện một chiều (DC) là gì?
2. Điện xoay chiều (AC) là gì?
3. Làm thế nào để đổi điện một chiều thành điện xoay chiều?
4. Tại sao người ta dùng điện xoay chiều thay vì điện một chiều?

1. Điện một chiều (DC) là gì?

DC (Direct Current) là dòng điện (dòng electron) chảy theo một hướng cố định, không hề thay đổi. Cường độ có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều.

Một điện áp DC có giá trị luôn luôn là dương hoặc là âm. Giá trị có thể tăng hoặc giảm nhưng không bị thay đổi giữa dương và âm.

Ví dụ: Nguồn DC +5V vì lí do gì đó bị giảm giá trị xuống 3V hoặc 1V nhưng không thể là -1V.

2. Điện xoay chiều (AC) là gì?

AC (Alternating Current) là dòng điện có chiều và giá trị biến đổi theo thời gian. Những biến đổi này thường có chu kỳ nhất định.

Có nghĩa dòng điện AC trong mạch chảy theo 1 chiều, rồi sau đó chảy theo chiều ngược lại và cứ tiếp tục đổi chiều như vậy.

3. Làm thế nào để biến đổi điện một chiều thành điện xoay chiều?

Người ta sử dụng máy biến tần (hay còn gọi là inverter) để biến đổi điện một chiều thành điện xoay chiều và ngược lại.

Máy biến tần inverter Fronius (Áo)

Dòng điện một chiều DC sẽ truyền vào cuộn sơ cấp (hình vẽ zig zắc màu hồng đậm ở bên trái) của máy biến áp hình tròn (vòng tròn nâu), thông qua một đĩa quay tròn (mô tả bằng hình tròn có 4 phần màu đỏ và xanh) với các kết nối phức tạp khác.

Khi đĩa quay, dòng điện một chiều sẽ liên tục được chuyển hướng và dẫn tới cuộn sơ cấp thông qua dây dẫn, và máy biến áp nhận được dòng điện xoay chiều AC như là nguồn năng lượng đầu thay vì dòng điện một chiều DC ban đầu. Đây là bước chuyển tiếp quan trọng trong máy biến áp với cuộn thứ cấp có nhiều vòng dây (hình zig zắc màu vàng ở bên phải máy biến áp) hơn là cuộn sơ cấp. Bởi vì số vòng dây quấn trong cuộn thứ cấp có vai trò làm tăng mức điện áp dòng điện AC tại đầu ra, để chúng lớn hơn nhiều so với mức điện áp của dòng điện AC tại đầu vào ban đầu. Bên cạnh đó, tốc độ quay của đĩa sẽ điều chỉnh tần sóng của dòng AC tại đầu ra.

Máy biến tần inverter được ứng dụng trong ngành công nghiệp điện mặt trời. Thiết bị chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành xoay chiều để hòa lưới điện quốc gia, đồng thời cung cấp điện cho các tải tiêu thụ.

4. Tại sao người ta dùng điện xoay chiều?

Dòng điện xoay chiều có thể tăng hoặc hạ điện áp dễ dàng nhờ máy biến áp, do vậy sẽ giảm hao phí khi truyền tải điện năng đi xa. Khi lắp đặt thiết bị điện xoay chiều sẽ dễ dàng hơn thiết bị điện một chiều vì không cần phải để ý cực dương cực âm chỉ cần đúng điện áp định mức. Hơn nữa máy phát điện xoay chiều cấu tạo đơn giản hơn máy phát điện một chiều và khi cần ta hoàn toàn có thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều nhờ hệ thống mạch chỉnh lưu. Thực tế để phát huy hiệu quả kinh tế, tiết kiệm dây dẫn và tạo ra từ trường quay rất mạnh người ra dùng hệ thống điện xoay chiều 3 pha. Dòng điện sử dụng trong gia đình thực tế là lấy một pha của lưới điện 3 pha nên có một dây nóng và một dây trung hòa.

Máy biến áp