Điện áp hiệu dụng là gì? Công thức tính toán và ví dụ

Lê Hồng Phong

Điện áp hiệu dụng là đại lượng đo không thể thiếu trong kỹ thuật điện, đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán công suất thực của các thiết bị trong mạch điện xoay chiều. Tìm hiểu khái niệm, ký hiệu và công thức tính điện áp hiệu dụng trong bài viết sau của KTH ELECTRIC.

Định nghĩa điện áp hiệu dụng

Điện áp hiệu dụng (RMS, tên tiếng Anh đầy đủ là Root Mean Square) là giá trị bình phương trung bình của điện áp cực đại ở hai đầu mạch hoặc giá trị bình phương trung bình của điện áp và dòng điện trong hệ thống điện xoay chiều.

Đại lượng này biểu thị công suất của dòng điện xoay chiều cung cấp điện năng, tương tự như dòng điện một chiều có cùng giá trị.

Điện áp hiệu dụng thường được ký hiệu là Urms hoặc Irms.

Vai trò của điện áp hiệu dụng:

• Phản ánh năng lực cung cấp năng lực: Điện áp hiệu dụng đóng vai trò then chốt trong việc xác định công suất thực tế của các thiết bị điện trong mạch điện xoay chiều, đặc biệt khi các thông số như điện trở, điện dung được điều chỉnh để đạt hiệu suất cao nhất có thể.
• Cơ sở thiết kế mạch: Điện áp hiệu dụng được sử dụng để thiết kế và lựa chọn các thành phần mạch đảm bảo phù hợp với yêu cầu thực tế.
• Tối ưu hóa hiệu suất: Trong mạch RLC, việc điều chỉnh các thành phần như tụ điện và cuộn cảm sẽ tối ưu hóa hiệu suất, chẳng hạn như tối đa hóa mức tiêu thụ điện năng hoặc giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Công thức tính điện áp hiệu dụng

Công thức cơ bản

Giá trị điện áp hiệu dụng Urms của mạch điện xoay chiều có thể được tính bằng công thức:

trong đó: Umax là giá trị cực đại của điện áp xoay chiều.

Công thức mở rộng

Trong trường hợp này, tín hiệu điện áp thay đổi theo thời gian có dạng:

Công thức tính điện áp hiệu dụng trở thành:

trong đó: U0 là giá trị lớn nhất của điện áp.

Ngoài ra còn rất nhiều công thức mở rộng khác có thể áp dụng tùy theo đặc điểm của từng mạch điện.

Phương pháp sử dụng dòng điện và trở kháng: Khi biết cường độ dòng điện hiệu dụng Irms và tổng trở Z của mạch, chúng ta có thể tính được điện áp hiệu dụng thông qua công thức:

Phương pháp sử dụng hệ số công suất: Khi đã biết hệ số công suất cosφ, điện áp hiệu dụng có thể được tính như sau:

trong đó P là công suất tiêu thụ của mạch.

Ứng dụng trong mạch RLC

Đối với mạch RLC nối tiếp trong nguồn điện xoay chiều, điện áp hiệu dụng có thể được tính bằng cách sử dụng tổng vectơ của các thành phần điện áp trên mỗi thiết bị:

trong đó:

• UR: điện áp trên điện trở
• UL: điện áp trên cuộn cảm
• UC: điện áp trên tụ

Ví dụ minh họa thực tế về công thức tính điện áp hiệu dụng

Để hiểu rõ hơn về công thức tính điện áp hiệu dụng, chúng ta có ví dụ sau:

Có một mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 100Ω và một cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp. Giả sử điện áp cực đại của mạch là: Umax = 220V.

Điện áp hiệu dụng của mạch được tính:

Áp dụng định luật Ohm để tìm dòng điện hiệu dụng chạy qua mạch, ta có:

Công suất tiêu thụ trong mạch là:

Thiết bị đo điện áp hiệu dụng

Điện áp hiệu dụng không thể đo trực tiếp bằng máy móc. Tuy nhiên, máy biến áp không chỉ được sử dụng để chuyển đổi điện áp xoay chiều mà còn đo điện áp hiệu dụng một cách gián tiếp.

Bằng cách đo điện áp đầu ra và đầu vào của máy biến áp, kỹ thuật viên có thể tính toán điện áp hiệu dụng dựa trên các thông số và nguyên lý hoạt động.

Một số câu hỏi về điện áp hiệu dụng

Câu 1: Ứng dụng thực tế của điện áp hiệu dụng là gì?

Trả lời: Điện áp hiệu dụng đóng vai trò then chốt trong việc xác định công suất thực tế của các thiết bị điện trong mạch điện xoay chiều. Các ứng dụng cụ thể của điện áp hiệu dụng bao gồm:

• Phân tích mạch điện: Đây là cơ sở để phân tích và thiết kế mạch điện xoay chiều.
• Tối ưu hóa hiệu suất: Trong mạch RLC, việc điều chỉnh các thành phần như tụ điện và cuộn cảm sẽ tối ưu hóa hiệu suất, ví dụ như tối đa hóa mức tiêu thụ điện năng hoặc giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Câu 2: Điện áp hiệu dụng của hệ thống điện dân dụng một pha ở Việt Nam là bao nhiêu?

Trả lời: Mạng điện dân dụng một pha ở Việt Nam có điện áp hiệu dụng là 220V.

Như vậy chúng tôi vừa giới thiệu đến các bạn định nghĩa, ký hiệu và công thức tính điện áp hiệu dụng hiệu quả. Hy vọng bạn hài lòng với những kiến ​​thức được cung cấp. Nếu muốn tìm hiểu thêm về các thuật ngữ khác của ngành điện, bạn có thể tham khảo: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/thuat-ngu-nganh-dien/.