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

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

Định nghĩa điện áp hiệu dụng

Điện áp hiệu dụng (RMS, tên tiếng Anh đầy đủ là Root Mean Square) là giá trị trung bình bình phương của điện áp cực đại ở 2 đầu đoạn mạch hay giá trị trung bình bình phương của điện áp và dòng điện trong hệ thống điện xoay chiều.

Đại lượng này thể hiện khả năng cung cấp công suất của dòng điện xoay chiều, tương tự như dòng điện 1 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 khả năng cung cấp công suất: Điện áp hiệu dụng đóng vai trò then chốt trong việc xác định công suất thực tế của các thiết bị điện trong mạch xoay chiều, đặc biệt khi các thông số như điện trở và điện dung được điều chỉnh để đạt hiệu suất cao nhất có thể.
• Cơ sở cho thiết kế mạch điện: Điện áp hiệu dụng được sử dụng để thiết kế và chọn lựa các thành phần mạch điện đảm bảo phù hợp với yêu cầu thực tế.
• Tối ưu hóa hiệu suất: Trong các mạch RLC, việc điều chỉnh những thành phần như tụ điện và cuộn cảm có tác dụng tối ưu hóa hiệu suất, chẳng hạn như tối đa hóa công suất tiêu thụ 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 một 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, một tín hiệu điện áp biến đổi theo thời gian dạng:

công thức tính điện áp hiệu dụng trở thành:

trong đó: U0 là giá trị cực đại của điện áp.

Ngoài ra, có nhiều công thức mở rộng khác được áp dụng tùy thuộc vào đặc thù của từng mạch điện. 

Phương pháp dùng dòng điện và trở kháng: khi biết cường độ dòng điện hiệu dụng Irms và trở kháng tổng Z của mạch, ta có thể tính điện áp hiệu dụng qua công thức:

Phương pháp dùng hệ số công suất: khi đã biết hệ số công suất cosφ, điện áp hiệu dụng có thể được tính bằng: 

 với P là công suất tiêu thụ của mạch.

Ứng dụng trong mạch RLC

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

trong đó:

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

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

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

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

Điện áp hiệu dụng của mạch được tính: 

Sử dụng Định luật Ohm để tìm cường độ dòng điện hiệu dụng 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 được trực tiếp bằng máy móc. Tuy nhiên, máy biến áp không chỉ được sử dụng để biến đổi điện áp xoay chiều mà còn có tác dụng đo lường điện áp hiệu dụng một cách gián tiếp. 

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

Một số câu hỏi về điện áp hiệu dụng

Câu hỏi 1: Điện áp hiệu dụng có ứng dụng gì trong thực tế?

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. Ứng dụng cụ thể của điện áp hiệu dụng gồm:

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

Câu hỏi 2: Điện áp hiệu dụng của hệ thống điện dân dụng 1 pha ở Việt Nam có giá trị bao nhiêu?

Trả lời: Mạng điện dân dụng 1 pha ở Việt Nam có điện áp hiệu dụng là 220V.

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