Hệ số công suất là gì?

Tác giả Nhã Lân 14:41 21/10/2024 50,765 Tag Lớp 12

Hệ số công suất là một thuật ngữ trong chương trình Vật Lý 12 trong chuyên đề điện xoay chiều. Các dạng bài tập về hệ số công suất thường xuyên xuất hiện trong đề thi học kì hay đề thi THPT Quốc gia. Hãy cùng VUIHOC tìm hiểu ngay về hệ số công suất và các công thức liên quan.

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

Hệ số công suất là gì?

Khái niệm hệ số công suất

Hệ số công suất là thuật ngữ trong chương trình Vật Lý 12 và được sử dụng trong kỹ thuật điện. Hệ số này biểu thị tỉ số giữa công suất thực và công suất toàn phần (hay có tên gọi khác là công suất biểu kiến)

Hệ số công suất có đơn vị tính là Volt/Ampe

Công thức tính hệ số công suất:

Cos $\varphi$ = P/S

hay

P = U.I.cos $\varphi$

Trong đó:

cos $\varphi$ : Hệ số công suất
P : Công suất hiệu dụng - công suất thực (W)
S: Công suất biểu kiến (V.A)

Nói cách khác hệ số công suất là tỷ lệ giữa điện trở và trở kháng trong mạch điện xoay chiều hoặc là tỉ số cos của góc giữa dòng điện và điện áp.

Thông thường, người ta sử dụng đơn vị volt-ampe cho hệ số này. Cách quy đổi đơn vị tính của đại lượng này như sau:

1 MVA (mega vôn-ampe) = 1.000 kVA (kilô vôn-ampe) = 1.000.000 VA (vôn-ampe)

Tầm quan trọng của hệ số công suất

Hệ số công suất là đại lượng quan trọng và rất được người sử dụng quan tâm khi sử dụng các loại máy móc hoặc thiết bị. Các máy móc và thiết bị có công suất càng cao thì hệ số của nó cũng càng lớn. Hệ số càng cao cho thấy các thành phần có công suất tác dụng lớn và sinh ra nhiều công hữu ích. Hệ số công suất càng tiến về 1 cho thấy máy móc, thiết bị đó làm việc càng hiệu quả.

Ngoài ra, công suất tiêu thụ trung bình của các thiết bị điện trong nhà máy cho bởi:

$P = U.I.cos\varphi ; cos\varphi > 0$

Suy ra $I = \frac{P}{U.cos\varphi }$ nên công suất hao phí trên đường dây truyền tải (có điện trở r) là:

$P_{hp} = rI^{2} = \frac{r.P^{2}}{U^{2}.cos^{2}\varphi }$

Nếu hệ số công suất nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây sẽ lớn, chính vì vậy, người sử dụng cần tìm cách để nâng cao hệ số công suất.

Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và tổng hợp phương pháp giải mọi dạng bài tập xuất hiện trong kỳ thi THPT Quốc gia môn Vật Lý

Công suất của mạch điện xoay chiều

Trường hợp 1: Mạch chỉ có R

Đặc điểm của mạch:

$\varphi = 0 \Rightarrow cos\varphi = 1$

Vậy hệ số công suất P = U.I = I²R

Trường hợp 2: Mạch điện chỉ có L

Đặc điểm của mạch:

$\varphi = \frac{\pi }{2} \Rightarrow cos\varphi = 0$

Vậy hệ số công suất: P = U.I.cos $\varphi$ = 0

Trường hợp 3: Mạch chỉ có C

Đặc điểm của mạch:

$\varphi = \frac{-\pi }{2} \Rightarrow cos\varphi = 0$

Vậy hệ số công suất: P = 0

Trường hợp 4: Mạch có R và L

Đặc điểm của mạch:

$\left\{\begin{matrix} Z = \sqrt{R^{2} + Z_{L}^{2}}\\ cos\varphi = \frac{R}{\sqrt{R^{2} + Z_{L}^{2}}} \rightarrow P = I^{2}R\\ tan\varphi = \frac{Z_{L}}{R} \end{matrix}\right.$

Trường hợp 5: Mạch có R và C

Đặc điểm của mạch:

$\left\{\begin{matrix} Z = \sqrt{R^{2} + Z_{C}^{2}}\\ cos\varphi = \frac{R}{\sqrt{R^{2} + Z_{C}^{2}}} \rightarrow P = I^{2}R\\ tan\varphi = \frac{-Z_{C}}{R} \end{matrix}\right.$

Trường hợp 6: Mạch có L và C

Đặc điểm của mạch:

$\left\{\begin{matrix} Z = |Z_{L} - Z_{C}| & \\ \varphi = \pm \frac{\pi }{2}& \rightarrow P = 0 \end{matrix}\right.$

Trường hợp 7: Mạch có R và L (cuộn dây có thêm r khác 0)

Đặc điểm của mạch:

* Hệ số công suất:

$cos\varphi = \frac{R_{0}}{\sqrt{R_{0}^{2} + Z_{L}^{2}}} = \frac{R + r}{\sqrt{(R + r)^{2} + Z_{L}^{2}}}$

* Công suất tỏa nhiệt trên toàn mạch là:

$P = I^{2} (R+r), I = \frac{U}{\sqrt{(R+r)^{2} + Z_{L}^{2}}}$

* Công suất tỏa nhiệt trên R là:

$P_{R} = I^{2} R, I = \frac{U}{\sqrt{(R + r)^{2} + Z_{L}^{2}}}$

Trường hợp 8: Mạch có R, L, C (cuộn dây có thêm r khác 0)

Đặc điểm của mạch:

* Hệ số công suất:

$cos\varphi = \frac{R_{0}}{\sqrt{R_{0}^{2} + (Z_{L} - Z_{C})^{2}}} = \frac{R + r}{\sqrt{(R + r)^{2} + (Z_{L} - Z_{C})^{2}}}$

* Công suất tỏa nhiệt trên toàn mạch là:

$P = I^{2} (R+r), I = \frac{U}{\sqrt{(R+r)^{2} + (Z_{L} - Z_{C})^{2}}}$

* Công suất tỏa nhiệt trên R là:

$P_{R} = I^{2} R, I = \frac{U}{\sqrt{(R + r)^{2} + (Z_{L} - Z_{C})^{2}}}$

Để các em học sinh dễ nhớ và thuộc công thức VUIHOC đã tổng hợp toàn bộ công thức về công suất của mạch R, L, C theo bảng như sau:

Ví dụ về công suất điện mạch R, L, C:

Bài tập vận dụng công suất điện mạch R, L ,C

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!

Trên đây là toàn bộ kiến thức liên quan tới hệ số công suất và các công thức về hệ số công suất trong mạch xoay chiều R,L,C. Hy vọng rằng với bài viết này sẽ giúp các em học sinh có thêm kiến thức và phương pháp giải các dạng bài tập có liên quan trong quá trình ôn tập Vật Lý 12 và ôn thi THPT Quốc gia môn Vật Lý. Để tham khảo thêm các kiến thức khác thuộc môn Vật Lý hay kiến thức các môn khác, các em học sinh có thể truy cập vuihoc.vn. Chúc các em đạt được kết quả tốt nhất trong kỳ thi sắp tới.

Tham khảo thêm:

⭐Bộ Sách Thần Tốc Luyện Đề Toán - Lý - Hóa THPT Có Giải Chi Tiết

Tham khảo thêm:

Các mạch điện xoay chiều

Lý thuyết về mạch dao động