Cách tính Hệ số công suất của mạch điện xoay chiều hay, chi tiết



A. Phương pháp & Ví dụ

1. Phương pháp

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Khi ZL = ZC thì mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện nên cosΦ = 1

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Khi có một dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây có điện trở thuần 50 Ω thì hệ số công suất của cuộn dây bằng 0,8. Cảm kháng của cuộn dây đó bằng

A. 45,5 Ω.

B. 91,0 Ω.

C. 37,5 Ω.

D. 75,0 Ω.

Hướng dẫn:

Áp dụng công thức tính hệ số công suất ta có:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chọn C

Ví dụ 2: Đặt điện áp xoay chiều u = U√2cos(ωt) vào hai đầu đoạn mạch RLC mắc nối tiếp (cuộn dây thuần cảm). Khi nối tắt tụ C thì điện áp hiệu dụng trên điện trở R tăng 2 lần và dòng điện trong hai trường hợp này vuông pha nhau. Hệ số công suất của đoạn mạch lúc sau bằng

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Hướng dẫn:

Ta có công thức về hệ số công suất trong 2 trường hợp của mạch:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chọn A

B. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Một mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm tụ điện có điện dung C, điện trở thuần R và cuộn cảm thuần có cảm kháng 80 Ω. Độ lớn hệ số công suất của đoạn mạch RC bằng hệ số công suất của cả mạch và bằng 0,6. Điện trở thuần R có giá trị

A. 50 Ω        B. 30 Ω        C. 67 Ω        D. 100 Ω

Chọn B

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Câu 2. Mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ điện. Các điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch 120 V, ở hai đầu cuộn dây 120 V và ở hai đầu tụ điện 120 V. Hệ số công suất của mạch là

A. 0,125.        B. 0,87.        C. 0,5.        D. 0,75.

Chọn B

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Câu 3. Một đoạn mạch điện xoay chiều RLC không phân nhánh, cuộn dây có điện trở thuần. Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch, trên điện trở R, trên cuộn dây và trên tụ lần lượt là 75 (V), 25 (V), 25 (V) và 75 (V). Hệ số công suất của toàn mạch là

A. 1/7        B. 0,6.        C. 7/25        D. 1/25

Chọn B

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Câu 4. Đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm tụ điện, điện trở thuần và cuộn cảm thuần. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch và trên cuộn cảm lần lượt là 360 V và 212 V. Hệ số công suất của toàn mạch cosφ = 0,6. Điện áp hiệu dụng trên tụ là

A. 500 (V).        B. 200 (V).

C. 320 (V).        D. 400 (V).

Chọn A

cosφ = UR/U = 0,6 ⇒ UR = 0,6U = 216 (V)

U2 = UR2 + (UL - UC)2 ⇒ 3602 = 2162 + (212 - UC)2 ⇒ UC = 500 (V)

Câu 5. Đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm tụ điện, điện trở thuần và cuộn cảm thuần có cảm kháng 80 Ω. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch và trên tụ lần lượt là 300 V và 140 V. Dòng điện trong mạch trễ pha so với điện áp hai đầu đoạn mạch và hệ số công suất của mạch cosφ = 0,8. Cường độ hiệu dụng dòng qua mạch là

A. 1 (A).        B. 2 (A).        C. 3,2 (A).        D. 4 (A).

ZL > ZC ⇒ UL > UC; cosφ = UR/U = 0,8 ⇒ UR = 0,8U = 240 (V)

U2 = UR2 + (UL - UC)2 ⇒ 3002 = 2402 + (UL - 140)2 ⇒ UL = 320 (V)

I = UL/ZL = 4 (A)

Câu 6. Đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp. Đoạn AM gồm điện trở thuần R = 100Ω mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần L = 1/π. Đoạn MB là tụ điện có điện dung C. Biểu thức điện áp trên các đoạn mạch AM và MB lần lượt là: uAM = 100√2cos(100πt + π/4) (V) và uMB = 200cos(100πt - π/2) (V). Hệ số công suất của đoạn mạch AB là:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

A. (√2)/2        B. (√3)/2        C. 1/2        D. 3/4

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chọn A.

Câu 7. Đoạn mạch AB gồm 2 đoạn mạch AM và MB mắc nối tiếp. Đoạn AM gồm điện trở thuần R1 = 40 Ω mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C = 10-3/(4π) F, đoạn mạch MB gồm điện trở thuần R2 mắc với cuộn thuần cảm. Đặt vào A, B điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng và tần số không đổi thì điện áp tức thời ở 2 đầu đoạn mạch AM và MB lần lượt là: uAM = 50√2cos(100πt - 7π/12) (V) và uMB = 150cos100πt (V). Hệ số công suất của đoạn mạch AB là

A. 0,84.        B. 0,71.        C. 0,86.        D. 0,95.

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chọn A.

Câu 8. Một đoạn mạch xoay chiều gồm 3 phần tử mắc nối tiếp: điện trở thuần R, cuộn dây có độ tự cảm L và điện trở thuần r, tụ điện có điện dung C. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều, khi đó điện áp tức thời ở hai đầu cuộn dây và hai đầu tụ điện lần lượt có biểu thức: ud = 80√6cos(ωt + π/6) (V) và uC = 40√2cos(ωt - 2π/3) (V), điện áp hiệu dụng ở hai đầu điện trở là UR = 60√3 V. Hệ số công suất của đoạn mạch trên là

A. 0,862.        B. 0,908.        C. 0,753.        D. 0,664.

Cách giải 1:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Từ giản đồ vectơ ta tính toán được:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chọn B.

Cách giải 2: Dùng máy Fx570ES

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Câu 9. Cho mạch điện xoay chiều RLC mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm. Biết L = CR2. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều ổn định, mạch có cùng hệ số công suất với hai giá trị của tần số góc ω1 = 50π (rad/s) và ω2 = 200π (rad/s). Hệ số công suất của đoạn mạch bằng

A. 2/√13.        B. 1/2.        C. 1/√2.        D. 3/√12.

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chọn A.

Câu 10. Đặt vào hai đầu đoạn mạch RL nối tiếp một điện áp xoay chiều u = U√2cosωt (V). Trong đó u tính bằng (V), thời gian t(s). Tần số f thay đổi được. Ban đầu tần số bằng f1 công suất đoạn mạch là P1, tăng tần số lên gấp đôi thì công suất đoạn mạch giảm xuống với P2 = (3/4)P1. Khi tăng tần số lên gấp 3 tần số ban đầu thì công suất đoạn mạch là:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Chọn B.

Câu 11. Cho đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM nối tiếp với MB. Biết đoạn AM gồm R nối tiếp với C và MB có cuộn cảm có độ tự cảm L và điện trở r. Đặt vào AB một điện áp xoay chiều u = U√2cosωt (v). Biết R = r = √(L/C), điện áp hiệu dụng giữa hai đầu MB lớn gấp n = √3 điện áp hai đầu AM. Hệ số công suất của đoạn mạch có giá trị là

A. 0,887        B. 0,755        C.0,866        D. 0,975

Vẽ giản đồ véc tơ như hình vẽ.

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Từ giả thuyết:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

⇒ Tứ giác OPEQ là hình chữ nhật

Do đó góc lệch pha giữa u và i trong mạch: φ = 90° – 60° = 30°

Vì vậy cosφ = cos30° = (√3)/2 = 0,866. Chọn C.

Câu 12. Cho mạch điện AB gồm 2 đoạn mạch AM nối tiếp với MB, trong đó AM gồm điện trở R nối tiếp với tụ điện có điện dung C, MB có cuộn cảm có độ tự cảm L. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = U√2cosωt (V). Biết uAM vuông pha với uMB với mọi tần số ω. Khi mạch có cộng hưởng điện với tần số ω0 thì UAM = UMB. Khi ω = ω1 thì uAM trễ pha một góc α1 đối với uAB và UAM = U1. Khi ω = ω2 thì uAM trễ pha một góc α2 đối với uAB và UAM = U'1. Biết α1 + α2 = π/2 và U1 = (3/4)U'1. Xác định hệ số công suất của mạch ứng với tần số ω1 và tần số ω2.

A. cosφ = 0,75; cosφ’ = 0,75.

B. cosφ = 0,45; cosφ’ = 0,75.

C. cosφ = 0,75; cosφ’ = 0,45.

D. cosφ = 0,96; cosφ’ = 0,96.

Ta có:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Vì uAM vuông pha với uMB với mọi tần số ω nên:

tanφAM.tanφMB = -1 ⇔ (-ZC/R).(ZL/r) = -1 ⇔ R.r = ZL.ZC

Khi ω = ω0 mạch có cộng hưởng và UAM = UMB ⇒ r = R ⇒ R2 = ZLZC.

Vẽ giãn đồ vectơ như hình vẽ.

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Ta luôn có UR = Ur

UAM = UAB cosα = U cosα (α là góc trễ pha của uAM so với uAB)

U1 = Ucosα1 (1)

U’1 = Ucosα2 = Usinα1 (2) (do α1 + α2 = π/2)

Từ (1) và (2) suy ra: tanφ1 = U'1/U1 = 4/3 ⇒ UMB = UAMtanφ1 = (4/3)U1

Hai tam giác vuông EAM và FBM đồng dạng (vì có ∠MAE = ∠MBF = φAM cùng phụ với φMB).

Từ đó suy ra:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Tương tự ta có kết quả đối với trường hợp ω2

U1 = Ucosα1 = Usinα2 (1)

U'1 = Ucosα2 (2)

Từ (1) và (2) suy ra:

tanφ2 = U1/U'1 = 4/3 ⇒ UMB = UAMtanφ2 = (4/3)U'1

Hai tam giác vuông EAM và FBM đồng dạng (vì có ∠MAE = ∠MBF = φAM cùng phụ với φMB)

Từ đó suy ra:

Vật Lí lớp 12 | Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 12 có đáp án

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

KHÓA HỌC GIÚP TEEN 2002 ĐẠT 9-10 THI THPT QUỐC GIA

Tổng hợp các video dạy học từ các giáo viên giỏi nhất - CHỈ TỪ 399K tại khoahoc.vietjack.com


cong-suat-cua-mach-dien-xoay-chieu.jsp


Các loạt bài lớp 12 khác
Khóa học 12