Lịch sử dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC)

Lịch sử dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC)

Điện có thể nói là một phát minh vĩ đại của loại người nó giúp ích rất nhiều trong việc soi sáng, chạy các thiết bị tự động giúp tiết kiệm sức lao động và thời gian của con người. Dòng điện lại được chia thành hai loại là dòng điện xoay chiều (AC) và dòng điện một chiều (DC). Hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay đều dùng điện DC để hoạt động. Tuy nhiên không vì đó mà ta có thể nghĩ điện AC ít được sử dụng nó sẽ có các ứng dụng riêng và độ phổ biến củng không khác gì dòng điện DC

Vậy trong bài viết này hãy cùng Lidinco tìm hiểu về hai loại dòng điện này củng như những ứng dụng của nó nhé! Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu về lịch sử của điện, cách để tạo ra điện AC và DC, củng như những ứng dụng của chúng nhé

Dòng điện xoay chiều (Alternating Current)

Đúng với tên gọi của nó dòng điện xoay chiều có chiều của các điện tích thay đổi liên tục theo thời gian, sự thay đổi chiều sẽ được lặp lại theo một chu kỳ nhất định. Trong kỹ thuật điện, nguồn điện xoay chiều còn được kí hiệu là AC (Alternating Current) và được ký hiệu trong sơ đồ bằng dấu “~”

Điện xoay chiều được biểu thị bằng sóng sin đây là dạng sóng chỉ những vật dao động tuần hoàn điều hòa

Cách tạo dòng điện xoay chiều

Cách đơn giản nhất để tạo ra AC đó chính là sử dụng máy phát điện, đây là loại máy đặc biệt được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều. Trong thiết bị này một vòng quay được đặt bên trong từ trường và tạo ra dòng điện dọc theo dây theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Vòng quay có thể được cung cấp bằng bất cứ loại năng lượng nào như: tuabin gió, tuabin hơi nước, nước chảy…

máy phát điện ac

Máy phát điện đơn giản

Khi vòng xoay được quay tròn nó sẽ làm tăng giảm luân phiên số đường sức từ từ nam châm đi qua tiết điện cuộn dây, khi hiện tượng tăng giảm này xảy ra thì dòng điện cảm ứng trong cuộn dây củng xuất hiện. Không những thế dòng điện ấy củng luân phiên đổi chiều nên ta gọi đó là điện xoay chiều

Dạng sóng của điện xoay chiều

Để kiểm tra dạng sóng của điện AC chúng ta cần một máy hiện sóng và kết nối vào mạch trên màn hình của máy sẽ thấy được dạng sóng của điện áp theo thời gian. Khi đó chúng ta có thể thấy được một số dạng sóng khác nhau của AC nhưng phổ biến nhất vẫn là sóng sin

Sóng Sine của điện áp xoay chiều

Ngoài ra, chúng ta còn có hai dạng sóng khác của điện xoay chiều là sóng vuông và sóng tam giác

Sóng tam giác của dòng điện xoay chiều
Sóng tam giác được tìm thấy trong tổng hợp âm thanh và rất hữu ích để thử nghiệm các thiết bị điện tử tuyến tính như bộ khuếch đại

 

sóng vuông của điện áp xoay chiềuSóng vuông thường được sử dụng trong kỹ thuật số và chuyển đổi điện tử để kiểm tra hoạt động

Các ứng dụng của điện xoay chiều

Chúng ta có thể thấy điện xoay chiều ở mọi nơi từ gia đình, văn phòng, nhà máy. Sở dĩ AC phổ biến là do nó có thể truyền đi khoảng cách xa tương đối dễ dàng. Ở điện áp cao (trên 110kV), mất ít năng lượng hơn trong truyền tải điện. Điện áp cao hơn có nghĩa là dòng điện thấp hơn và dòng điện thấp hơn củng sẽ ít sinh nhiệt trong đường dây do điện trở. AC có thể được chuyển đổi sang điện áp cao một cách dễ dàng bằng máy biến áp

AC củng có khả năng cung cấp năng lượng trực tiếp cho động cơ điện. Động cơ củng hoạt động tương tự như một máy phát điện nhưng động cơ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lương cơ học (nếu trục trên động cơ quay, điện áp tạo ra tại các cực). Điều này hữu ích cho các thiết bị lớn như máy rửa chén, tủ lạnh…  chạy dựa trên điện AC

Một số thông tin liên quan

Dòng điện một chiều (Direct Current)

Nêu so với dòng điện xoay chiều AC dòng điện một chiều có nguyên lý hoạt động đơn giản hơn. Thay vì dao động qua lại, dòng điện một chiều chỉ di chuyển theo một hướng cố định tuy nhiên giá trị dòng điện và điện áp vẫn có thể thay đổi theo thời gian

Để đơn giản hơn hãy tưởng tượng chiều di chuyển của điện tích một chiều giống như một vòi nước, nước chỉ di chuyển theo một hướng và không quay lại

Biểu thị dòng điện một chiều DC

Cách tạo dòng điện một chiều DC

  • Có thể sử dụng máy phát điện xoay chiều đưa qua bộ cổ góp điện để chuyển đổi thành điện một chiều
  • Sử dụng một thiết bị điện chuyên dụng gọi là bộ chỉnh lưu để biến đổi AC thành DC
  • Sử dụng pin như một nguồn cung cấp DC, dòng điện này được tạo ra bằng các phản ứng hóa học bên trong viên pin
  • Ngoài ra trong các công việc sửa chữa điện tử ta còn thường sử dụng thiết bị gọi là “máy cấp nguồn đa năng” loại máy này sẽ cho phép bạn biến dòng điện xoay chiều đầu ra thành đầu ra một chiều DC có thể điều chỉnh dòng điện và điện áp tự do theo yêu cầu
Máy cấp nguồn TP60-30S 60V 30A

Máy cấp nguồn DC đa năng

Các ứng dụng của dòng điện DC

DC có thể được xem là ngọn nguồn hoạt động của hầu hết các thiết bị điện từ các loại linh kiện, thiết bị nhỏ cho đến các loại máy lớn như tủ lạnh chẳng hạn, dòng điện xoay chiều được cung cấp cho thiết bị sẽ đi qua các bộ chỉnh lưu và biến dòng AC thành DC để tạo nguồn nuôi cho các linh kiện hoạt động (phương thức này áp dụng tương tự với ti-vi và đa số các loại thiết bị điện dân dụng khác)

–  Sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, xe điện, tự động hóa, điều khiển các thiết bị điện
– Hầu hết các thiết bị văn phòng như TV, hệ thống âm thanh, bộ khuếch đại, đèn flash, máy tính, máy tính bảng, điện thoại thông minh đều sử dụng nguồn cấp DC để hoạt động
– Các loại đồ chơi hoặc các thiết bị sử dụng pin củng là những ứng dụng sử dụng điện một chiều

Bảng so sánh giữa điện xoay chiều AC và điện một chiều DC

Dòng điện xoay chiều Dòng điện một chiều
Lượng năng lượng mang An toàn khi di chuyển ở khoảng cách xa giữa các thành phố và mang nhiều năng lượng hơn Điện áp DC không thể đi xa vì nó sẽ thất thoát năng lượng và chi phí vật tư lớn
Hướng của dòng điện Đổi hướng liên tục Di chuyển cố định theo một chiều
Tần số Tần số của dòng điện xoay chiều là 50Hz hoặc 60Hz tùy thuộc vào chỉ tiêu của quốc gia Tần số của dòng điện bằng không do không đổi chiều
Dòng điện Dòng điện có cường độ thay đổi theo thời gian Dòng điện có cường độ không đổi
Dòng Electron Electron liên tục đổi hướng tiến và lùi Các Electron di chuyển đều đặn theo một hướng
Tạo ra từ Máy phát điện xoay chiều và nguồn điện Pin hoặc mấy cấp nguồn DC
Thông số thụ động Trở kháng Chỉ điện trở
Hệ số công suất Nằm giữa 0 và 1 Luôn luôn là 1
Loại sóng Hình sin, hình thang, tam giác, vuông Tinh khiết và xung

Lịch sử về điện AC và DC

– Ngày nay, hầu hết mọi gia đình và nhà xưởng đều sử dụng dây AC để truyền dẫn. Tuy nhiên, trước khi dòng điện AC được sử dụng làm nguồn điện chính nó đã trải qua nhiều cuộc đấu tranh cho đến ngày hôm nay, vậy câu chuyện là như thế nào mời bạn tìm hiểu rõ thêm về nó trong phần tiếp theo đây

– Vào cuối những năm 1880, một loạt các phát minh trên khắp Hoa Kỳ và Châu Âu để tranh xem giữa AC và DC đâu mới là dòng điện được sử dụng phổ biến nhất. Năm 1886, Ganz Work – một công ty điện ở Budapest – đã cung cấp điện cho Rome bằng điện AC. Mặt khác, Thomas Edison đã xây dựng 121 nhà máy điện DC ở Hoa Kỳ vào năm 1887. Sẽ không có gì để nói nếu hai đơn vị này hoạt động song song và không gây trở ngại gì cho nhau. Tuy nhiên, bước mặt xảy ra khi Geogre Westinghouse đã mua lại bằng sáng chế động cơ AC của Nikola Tesla ngay năm sau đó

Trận chiến giữa DC và AC

– Vào cuối những năm 1800, vì một số lí do DC không thể dễ dàng chuyển đổi thành điện cao áp nên Edison đã đề xuất một hệ thống các nhà máy điện nhỏ lẻ tại địa phương để có thể cung cấp năng lượng đơn giản hơn. Năng lượng được phân phối bằng ba dây từ nhà máy điện: +110 volt, 0 volt và -110 volt. Đèn và động cơ có thể được kết nối từ ổ cắm +110 volt hoặc 110V và 0V (trung tính). 110V cho phép giảm điện áp giữa nhà máy và phụ tải (nhà, văn phòng..)

– Mặc dù điện áp đã được giảm trên các đường dây điện, các nhà máy điện cần được đặt cách xa 1 dặm tính từ người dùng gần nhất. Hạn chế này khiến việc phân phối điện DC ở khu vực nông thôn là cực kỳ khó khăn, nếu không muốn nói là không thể

– Với các bằng sáng chế của Tesla, Westinghouse đã làm việc để hoàn thiện hệ thống phân phối AC. Máy biến áp là một phương pháp cung cấp rẻ tiền để tăng điện áp AC lên vài nghìn volt và có thể giảm xuống dễ dàng để có thể sử dụng. Ở mức điện áp cao hơn, cùng một công suất có thể truyền với một dòng điện nhỏ hơn nhiều, điều này có nghĩa năng lượng tiêu hao do điện trở của dây dẫn sẽ thấp hơn. Kết quả là, với dòng điện xoay chiều các nhà máy phát điện lớn có thể được bố trí cách xa nhà người dân nhiều dặm và có thể phục vụ cho nhiều khu vực cùng lúc

Chiến dịch bôi nhọ của Edison

– Trong vài năm tiếp theo đó, Edison đã thực hiện một chiến dịch nhằm ngăn chạn mạnh mẽ việc sử dụng AC ở Hoa Kỳ, bao gồm các cơ quan lập pháp và các tiểu bang một trong số các chiến dịch đó là truyền bá thông tin sai lệch về AC. Edison củng chỉ đạo một số kỹ thuật viên công khai giật điện động vật bằng AC nhằm cho thấy sự nguy hiểm của AC so với DC. Trong nỗ lực thể hiện sự nguy hiểm này, Harold P.Brown và Arthur Kennelly, nhân viên của Edison, đã thiết kế chiếc ghế điện AC đầu tiên cho New York sử dụng

Sự trỗi dậy của điện xoay chiều AC

– Năm 1981, triển lãm kỹ thuật điện quốc tế được tổ chức tại Frankfurt, Đức và trưng bày bộ truyền động ba pha AC đầu tiên, chạy bằng đèn và động cơ ngay tại triển lãm. Một số đại diện từ các tổ chức lớn đã bị ấn tượng bởi màn hình. Năm sau đó, General Electric hình thành và đầu tư vào công nghệ AC

– Westinghouse đã giành được hợp đồng vào năm 1893 để xây dựng một đập thủy điện nhằm khai thác sức mạnh của thác Niagara và truyền năng lượng AC đến cung cấp cho thành phố Buffalo, NY. Dự án này được hoàn thành vào ngày 16 tháng 11 năm 1896 và điện xoay chiều bắt đầu cung cấp năng lượng cho các ngành công nghiệp ở Buffalo. Tại đây đánh dấu sự suy giảm của việc sử dụng điện một chiều tại Hoa Kỳ. Trong khi châu Âu áp dụng tiêu chuẩn AC220 – 240V ở 50Hz và tiêu chuẩn ở Bắc Mỹ sẽ trở thành 120V ở 60Hz

Dòng điện một chiều cao áp (High-Voltage Direct Current)

– Một kỹ sư người Thụy Điển René Thury đã sử dụng một loạt các máy động cơ phát để tạo một hệ thống điện DC cao áp vào những năm 1880, có thể được sử dụng để truyền tải điện DC trên một khoảng cách xa. Tuy nhiên, do chi phí cao và bảo trì khó khăn nên HVDC không bao giờ được sử dụng trong gần một thập kỷ

– Với việc phát minh ra thiết bị điện tử bán dẫn vào những năm 1970, việc chuyển đổi giữa điện xoay chiều và một chiều đã có thể thực hiện. Thiết bị chuyên dụng có thể được sử dụng để tạo ra nguồn điện một chiều cao áp (một số đặt tới 800kV). Các bộ phận khác của châu Âu đã bắt đầu sử dụng các đường dây HVDC để kết nối điện ở nhiều quốc gia khác nhau

– Các đường HVDC có tổn thất nhỏ hơn so với các đường AC tương đương trong khoảng cách truyền rất dài. Ngoài ra, HVDC cho phép các hệ thống AC khác nhau (50Hz hoặc 60Hz) kết nối với nhau. Mặc dù có những ưu điểm riêng, các hệ thống HVDC có chi phí cao hơn và kém tin cậy hơn so với các hệ thống AC thông thường

– Cuối cùng Edison, Tesla và Westinghouse đã có thể biến điều ước của họ thành hiện thực đó là giúp AC và DC có thể cùng tồn tồn song song nhau