Điện áp là gì? Ký hiệu, đơn vị đo và công thức tính

Ngày nay, điện năng đóng vai trò không thể thiếu trong sinh hoạt và sản xuất. Trong đó, điện áp là khái niệm cơ bản trong lĩnh vực điện, quyết định đến hoạt động của các thiết bị điện tử, máy móc… Vậy điện áp là gì? Cùng BTB Electric tìm hiểu về ký hiệu, công thức tính điện áp và cách phân loại. 

Khái niệm điện áp

Điện áp (hay còn gọi là hiệu điện thế, áp suất điện) là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự chênh lệch điện thế giữa 2 điểm trong mạch điện. Nói cách khác, điện áp là áp suất thúc đẩy các electron tích điện, khiến các điện tích dương di chuyển từ điểm có điện thế cao về điểm có điện thế thấp, tạo thành dòng điện. Càng có sự chênh lệch về áp suất giữa 2 điểm trong mạch, dòng điện sẽ chảy càng mạnh.

Đơn vị đo điện áp là Vôn (ký hiệu: V). “Cha đẻ” của thuật ngữ này là nhà vật lý người Ý có tên Alessandro Volta (1745-1827), người phát minh ra pin voltaic - tiền thân của pin gia dụng ngày nay. Điện áp được xác định trên dây dẫn điện. Điện lưới công nghiệp là 380V và điện lưới gia đình thường là 220V. 

Các khái niệm liên quan đến điện áp:

Điện áp định mức (ký hiệu Uđm hoặc Udd): Điện áp định mức là cơ sở để thiết kế, vận hành lưới điện. Đây là đại lượng quan trọng nhất, quyết định khả năng chịu tải của lưới điện.  

Lưới điện có 2 loại điện áp là điện áp dây (giữa 2 dây pha) và điện áp pha (giữa dây pha và dây trung tính hay nối đất). Điện áp định mức thuộc điện áp dây và chỉ lưới điện hạ áp mới dùng điện áp pha.

Điện áp DC: Là điện áp 1 chiều, thể hiện điện thế giữa 2 cực của nguồn điện đi qua mạch điện một chiều.

Điện áp AC: Điện áp xoay chiều, có chiều và cường độ điện thế thay đổi theo thời gian cả về chiều và độ lớn. Có 2 loại điện áp xoay chiều được sử dụng phổ biến là dòng 1 pha và 3 pha.

• Điện áp xoay chiều 1 pha: Được sử dụng cho lưới điện dân dụng. Ở Việt Nam, điện áp xoay chiều 1 pha phổ biến là 220V, ở nước ngoài sẽ là 110V.
• Điện áp xoay chiều 3 pha: Sử dụng nhiều cho lưới điện công nghiệp, thiết bị có công suất cao với giá trị điện áp là 380V.

Điện áp tiếp xúc và điện áp bước: Điện áp tiếp xúc là điện áp đặt lên cơ thể người khi tiếp xúc với vật có điện áp. Điện áp bước là điện áp giữa 2 chân người khi di chuyển trên mặt đất trong vùng có sự cố nhiễm điện hoặc bị sét đánh. 

Điện áp pha: Điện áp giữa dây pha và dây trung tính. Ví dụ điện áp công nghiệp là 380V thì dây pha cũng bằng 380V.

Điện áp định danh: Là giá trị điện áp, có đơn vị đo lường là V, được quy định trên danh nghĩa để xác định hoặc nhận dạng điện áp của một hệ thống.  

Điện áp tức thời: Là trị số của dòng điện và điện áp sinh ra ở một thời điểm.

Điện áp hiệu dụng: Giá trị trung bình bình phương của điện áp đại cực ở 2 đầu đoạn mạch.

Điện áp VDC: Hiệu điện thế của dòng điện 1 chiều điện áp thấp 12V hoặc 24V chuyển ra điện áp 220V.

Ký hiệu và công thức tính điện áp

Ký hiệu điện áp

Điện áp thường được ký hiệu bằng U hoặc V, trong đó U là ký hiệu phổ biến được dùng trong các công thức và sơ đồ mạch điện. V là ký hiệu thay thế khi muốn nhấn mạnh đơn vị đo của điện áp là Vôn (V). 

Công thức tính điện áp

Theo định luật Ohm

Công thức tính điện áp như sau: U = I x R

Trong đó: 

• U: Điện áp (đơn vị Vôn - V)
• I: Cường độ của dòng điện (đơn vị Ampe - A)
• R: Điện trở (đơn vị Ôm - Ω)

Tại 2 điểm trong mạch điện

Điện áp được tính theo công thức: U(AB) = U(A) – U(B) = – U(AB). 

Theo sơ đồ mạch điện

Mạch nối tiếp: U = U1 + U2 + ... + Un 

Mạch song song: U = U1 = U2 = ... = Un

Trong đó:

• U: Điện áp tổng của mạch
• U1, U2, ..., Un: Điện áp trên mỗi phần tử trong mạch

Phân loại điện áp

Điện áp AC & DC

Điện áp DC là dòng điện 1 chiều có dạng sóng phẳng, không đổi chiều theo thời gian, thường được tạo ra từ pin, ắc quy hoặc các nguồn điện một chiều khác. Điện áp DC được ứng dụng trong các mạch điện tử logic, điều khiển. 

Điện áp AC là dòng điện xoay chiều có dạng sóng sin, sóng tam giác hoặc sóng xung, thay đổi chiều và cường độ theo thời gian. Tại đây, điện áp và dòng điện đảo chiều liên tục với tần số nhất định (thường là 50Hz hoặc 60Hz). 

Điện áp AC thường được tạo ra bởi các nhà máy điện và được phân phối đến các doanh nghiệp và hộ gia đình. 

Hệ thống điện áp

Theo lưới điện, điện áp được phân thành điện áp cao thế, trung thế và hạ thế. 

Điện áp cao thế: là dòng điện có điện áp rất lớn, thường từ 110kV trở lên, được sử dụng để truyền tải điện năng đường dài với tổn hao thấp, giúp tiết kiệm chi phí và đảm bảo cung cấp đủ điện cho các khu vực tiêu thụ. 

Loại điện áp này được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực khoa học, công nghệ như điều phối nguồn điện trong ống phóng tia cathode, sản sinh tia X và các chùm hạt…

Điện áp trung thế: Điện áp trung bình, từ 1kV đến 35kV (theo quy định từ lưới điện quốc gia), được sử dụng để phân phối điện năng từ các trạm biến áp đến khu vực tiêu thụ như khu công nghiệp, tòa nhà cao tầng, hộ gia đình… 

Điện áp hạ thế: Loại điện áp thấp, dưới 1kV, được dùng để cung cấp điện năng cho các thiết bị điện trong sinh hoạt hàng ngày. Ở Việt Nam, điện áp hạ thế 600VAC trở xuống thường dao động trong khoảng từ 220V đến 380V, hoặc 400V, 480V.

Ngoài ra theo tiêu chuẩn và quy định ở nước ta, điện áp mạng lưới điện gia đình là 220V, tần số 50Hz. Trong khi đó, điện áp lưới điện quốc gia được quy định ở mức 1500kV, 220kV, 110kV, 35kV, 22kV, 10kV, 6kV, tần số 50Hz.

Phân biệt điện áp với dòng điện

Trong thực tế, dòng điện và điện áp là 2 khái niệm thường bị nhầm lẫn. Tuy có mối quan hệ chặt chẽ nhưng cần phân biệt rõ:

Dòng điện là đại lượng vật lý thể hiện sự di chuyển có hướng của các hạt mang điện, được ví như lượng nước chảy qua ống dẫn. Trong khi điện áp là đại lượng đặc trưng cho sự chênh lệch điện thế giữa 2 điểm trong mạch điện, giống với độ cao chênh lệch tạo ra lực đẩy dòng nước. Nói cách khác, dòng điện là “lượng” điện, điện áp là “áp suất” của dòng điện. 

Dòng điện được đo bằng đơn vị Ampe (A), điện áp được đo bằng đơn vị Vôn (V). 

Các phương pháp đo điện áp

Vôn kế

Vôn kế là thiết bị đo điện áp phổ biến nhất. Vôn kế có 2 đầu nối, 1 đầu kết nối với điểm có điện áp cao và đầu còn lại kết nối với điểm có điện áp thấp. Kết quả hiển thị trên màn hình vôn kế chính là giá trị điện áp giữa 2 điểm đó. Vôn kế có thể dùng loại analog hoặc digital, tuy nhiên loại digital dễ đọc và kết quả hiển thị chính xác hơn. 

Đồng hồ vạn năng

Đây là thiết bị đo lường đa năng, cho phép đo điện áp, dòng điện và điện trở. Khi đo điện áp, chỉ cần điều chỉnh đồng hồ về chế độ đo điện áp, sau đó kết nối các đầu đo với 2 điểm của mạch điện. 

Cảm biến điện áp

Cảm biến điện áp được sử dụng trong các ứng dụng tự động hóa và điều khiển, giúp theo dõi và ghi lại điện áp trong thời gian thực. Thiết bị này gửi tín hiệu đầu ra đến thiết điều khiển hoặc máy tính, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi. 

Máy đo điện áp chuyên dụng

Trong các hệ thống điện lớn và phức tạp tại các nhà máy công nghiệp, có những máy đo điện áp chuyên dụng dùng để cung cấp các thông số điện áp chi tiết hơn, phục vụ cho việc phân tích và xử lý các vấn đề liên quan đến điện áp của các kỹ thuật viên. 

Ứng dụng của điện áp

Điện áp được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống:

• Trong hộ gia đình: điện áp từ ổ cắm cung cấp năng lượng cho tất cả các thiết bị điện, phục vụ nhu cầu sinh hoạt, học tập…
• Trong công nghiệp, thương mại, y tế, giao thông: các máy móc, thiết bị đều cần điện áp để hoạt động. Đặc biệt, điện cao thế được ứng dụng để truyền tải điện năng đi xa, phân phối đến các khu công nghiệp, nhà máy.
• Ngoài ra, điện áp còn được sử dụng như tín hiệu điều khiển chế độ hoạt động của thiết bị như rơ le, contactor,... hay điều chỉnh tốc độ động cơ của quạt gió.  
• Trong điện tử công suất: điện áp có tính ứng dụng trong chuyển đổi và điều chỉnh năng lượng như bộ đổi nguồn AC/DC trong thiết bị điện tử gia dụng, bộ điều chỉnh điện áp trong laptop, điện thoại…

Các câu hỏi thường gặp về điện áp

Câu hỏi 1: Làm thế nào để giữ mức điện áp ổn định?

Trả lời: Điện áp có thể vận hành không ổn định trong trường hợp bị sụt áp trên đường dây tải điện đến hộ gia đình hoặc các thiết bị điện trong gia đình không sử dụng đúng nguồn điện 220V. Cách khắc phục đơn giản và phổ biến nhất là lắp đặt thêm bộ ổn áp để ổn định dòng điện trong gia đình. 

Câu hỏi 2: Dòng điện sẽ thế nào khi điện áp tăng?

Trả lời: Theo định luật Ohm, cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với điện trở. Vì vậy, trong trường hợp điện trở không đổi, nếu điện áp tăng, dòng điện cũng sẽ tăng theo. 

Câu hỏi 3: Nguồn điện lý tưởng được quy định thế nào?

Trả lời: Nguồn điện lý tưởng được quy định là ở bất kỳ điện áp nào cũng duy trì được dòng điện ổn định mà không bị ảnh hưởng bởi giới hạn công suất. Tuy nhiên trong thực tế nguồn lý tưởng không thể đạt được hoàn toàn.

Câu hỏi 4: Điện áp đầu vào là gì?

Trả lời: Điện áp đầu vào là mức điện áp được cung cấp cho một thiết bị hoặc hệ thống để có thể hoạt động. Đây là nguồn năng lượng điện cần thiết để thiết bị thực hiện chức năng của mình.

Câu hỏi 5: Điện áp nguồn là gì?

Trả lời: Điện áp nguồn là điện áp do một nguồn điện cụ thể cung cấp, ví dụ như pin, ắc quy, máy phát điện hoặc ổ cắm điện trong nhà. Mức điện áp này là giá trị điện áp mà nguồn có khả năng duy trì.

Câu hỏi 6: Biên độ điện áp là gì?

Trả lời: Biên độ điện áp thể hiện giá trị cực đại của hiệu điện thế giữa 2 điểm trong mạch điện. Biên độ điện áp được xác định dựa trên sự chênh lệch giữa điện áp cao nhất và điện áp thấp nhất trong một chu kỳ sóng điện áp.

BTB lectric vừa giới thiệu chi tiết về điện áp, cách phân biệt điện áp với dòng điện. Để tìm hiểu các kiến thức khác liên quan đến thuật ngữ ngành điện, bạn vui lòng truy cập website: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/thuat-ngu-nganh-dien/.