Giáo trình Kỹ thuật điện gồm các nội dung chính như: Khái quát chung về mạch điện; mạch điện một chiều; mạch điện xoay chiều hình sin; mạch điện xoay chiều ba pha. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 1Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 1
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ AN GIANG
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC : KỸ THUẬT ĐIỆN
NGHỀ: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU
KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG
(Ban hành theo Quyết địng số 839/QĐ-CĐN, ngày 04 tháng 8 năm 2020
của Hiệu trưởng trường Cao đảng nghề An Giang)
An Giang, năm 2020
Trang 2Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình môn KỸ THUẬT ĐIỆN được biên soạn với mục đích phục vụ cho việc học tập cho các sinh viên/học sinh hệ Cao Đẳng nghề, Trung cấp nghề ngành Công nghệ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Giáo trình này được đúc kết từ nhiều tài liệu Kỹ thuật điên, Điện kỹ thuật của một số trường đại học, Mạch điện của các đồng ngiệp và của vụ trung học chuyên nghiệp, dạy nghề …
Giáo trình được soạn dựa theo chương trình chi tiết của môn học KỸ THUẬT ĐIỆN ngành Công nghệ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa với số giờ của môn học là 60 giờ (37 giờ lý thuyết – 19 bài tập – 4 kiểm tra) Giáo trình này sẽ cung cấp kiến thức nền tản cho sinh viên/học sinh học tiếp các môn học như Điện tử công suất, Mạch tương tự, Điện công nghiệp, …
Nội dung của giáo trình gồm các chương như sau:
BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN
CHƯƠNG I: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỆN XOAY CHỀU HÌNH SIN
CHƯƠNG III: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA
Trong mỗi chương, được thiết kế bao gồm lý thuyết kết hợp với bài tập Cho
dù các kiến thức trong giáo trình đã được sắp xếp một cách hợp lý và có mối quan
hệ chặt chẽ nhưng giáo trình chỉ đề cập đến những vấn đề trọng tâm trong lĩnh vực mạch điện kỹ thuật điện, nên người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan để việc học có hiệu quả hơn
Mặc dù rất cố gắng trong quá trình biên soạn nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các đồng nghiệp và học viên góp ý để cho giáo trình này ngày được hoàn thiện hơn
An Giang, ngày…… tháng …… năm 20…
Biên soạn
Võ Thành Lâm
Trang 3Mục lục
LỜI GIỚI THIỆU 2
BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN 3
I KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 3
1 Mạch điện: 3
2 Cấu trúc của mạch điện: 4
3 Các hiện tượng điện từ: 4
II CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 5
1 Phần tử điện trở: 5
2 Phần tử điện cảm: 5
3 Phần tử điện dung: 5
4 Phần tử nguồn: 5
5 Phần tử thực: 6
Câu hỏi và bài tập 7
CHƯƠNG I: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 8
I CÁC ĐẠI LƯƠNG ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN 8
1 Điện thế - Hiệu điện thế: 8
1.1 Điện thế: 8
1.2 Hiệu điện thế (Điện áp) 9
2 Dòng điện: 9
3.Dòng điện một chiều: 10
3.1 Định nghĩa: 10
3.2 Cường độ dòng điện: 10
3.3 Chiều của dòng điện 10
Trang 4Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
3.4 Nguồn điện một chiều: 11
3.5 Cách mác nguồn điện một chiều 12
4 Công – Công suất 13
4.1 Công: 13
4.2 Công suất: 14
II CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG 14
1 Nguồn dòng điện mắc song song: 14
2 Điện trở ghép nối tiếpvà ghép song song: 14
3 Biến đổi Δ-Y VÀ Y-Δ: 16
3.1 Biến đổi Y-Δ: 16
3.2 Biến đổi Δ-Y: 16
4 Biến đổi nguồn tương đương: 17
III CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ BIỂU THỨC CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 17
1 Định luật Omh 17
2 Định luật Kiếc Chốp 17
2.1 Định luật kiếc chốp 1: 18
2.2 Định luật kiếc chốp 2: 18
IV CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH MỘT CHIỀU 19
1 Phương pháp dòng điện nhánh: 19
2 Phương pháp dòng điện mạch vòng: 22
3 Phương pháp điện thế nút: 24
4 Phương pháp biến đổi điện trở: 29
4.1 Đấu nối tiếp điện trở - Phụ tải 29
4.2 Đấu song song điện trở - Phụ tải 31
Trang 54.3 Đấu hỗn hợp điện trở - phụ tải: 32
Câu hỏi và bài tập 35
CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 40
I KHÁI NIỆM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 40
1 Dòng điện xoay chiều: 40
1.1 Định nghĩa: 40
1.2 Biểu thức của dòng điện, điện áp, suất điệng đông hình sin 40
2 Chu kỳ, Tần số của dòng điện xoay chiều: 41
2.1 Chu kỳ: 41
2.2 Tần số: 41
3 Các đại lương đặc trưng: 42
4 Pha và sự lệch pha: 43
5 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng vectơ: 44
II BIỂU DIỄN CÁC ĐẠI LƯỢNG HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC 46
1 Đinh nghĩa và cách biểu diễn số phức: 46
1.1 Đinh nghĩa: 46
1.2 Cách biểu diễn số phức: 46
2 Các phép tính số phức thường gặp: 48
2.1 Phép công – Phép trừ: 48
2.2 Phép nhân- Phép chia: 48
3 Biểu diễn: 49
III DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN TRỞ 51
1 Định nghĩa: 51
2 Quan hệ giữa điện áp và dòng điện: 51
3 Công suất: 52
Trang 6Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
3.1 Công suất tức thời p : 52
3.2 Công suất trung bình 52
IV DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN DUNG 52
1 Định nghĩa: 52
2 Q uan hệ giữa điện áp và dòng điện: 53
3 Công suất: 53
3.1 Công suất tức thời p: 53
3.2 Công suất phản kháng: 53
V DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN CẢM 54
1 Định nghĩa: 54
2 Quan hệ giữa điện áp và dòng điện: 54
3 Công suất: 55
3.1 Công suất tức thời p : 55
3.2 Công suất phản kháng: 55
VI GIẢI MẠCH XOAY CHIỀU KHÔNG PHÂN NHÁNH 56
1 Gỉai mạch điện R-L-C mắc nối tiếp: 56
1.1 Tam giác điện áp: 56
1.2 Tam giác trở kháng 59
1.3 Tam giác công suất 60
1.4 Công suất: 60
3 Mạch điện RL mắc nối tiếp 61
3.1 Điện áp hiệu dụng qua các phần tử: 62
3.2 Công suất hiệu dụng qua các phần tử: 62
4 Mạch điện RC mắc nối tiếp 63
4.1 Định luật ôm R –L mắc nối tiếp 63
Trang 74.2 Điện áp hiệu dụng qua các phần tử: 63
4.3 Công suất hiệu dụng qua các phần tử: 64
5 Cộng hưởng điện áp: 64
V GIẢI MẠCH XOAY CHIỀU PHÂN NHÁNH 65
1 Mạch điện R-L-C mắc song song: 65
1.1 Phương pháp đồ thị Véctơ: 65
1.2 Phương pháp tổng dẫn: 65
1.3 Phương pháp biên độ phức: 66
2 Cộng hưởng dòng điện: 67
Câu hỏi và bài tập 69
CHƯƠNG 3: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 72
I KHÁI NIỆM CHUNG 72
II Sự tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha: 72
1 Cấu tạo: 72
2 Nguyên lý làm việc 73
3 Các nối mạch điện xoay chiều ba pha: 74
4.Mạch điện ba pha đối xứng: 75
III CÁCH NỐI DÂY MẠCH ĐIỆN BA PHA 75
1 Cách nối hình sao ( Y ) 75
1.1 Cách nối dây 75
1.2 Quan hệ giữa đại lượng dây và pha 76
2 Cách nối hình tam giác ( ) 77
2.1 Cách nối dây 77
2.2 Quan hệ giữa đại lượng dây và pha 78
IV CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA 80
Trang 8Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
1 Công suất tác dụng: 80
2 Công suất phản kháng: 80
3 Công suất biểu kiến: 80
V PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA CÂN BẰNG 81
1 Mạch điện xoay chiều ba pha có phụ tải mách hình sao: 81
1.1 Nguồn nối tam giác đối xứng: 81
1.2 Gỉai mạch điện ba pha tải nối sao đối xứng: 82
2 Mạch điện xoay chiều ba pha có một phụ tải mắc hình tam giác: 83
2.1 Khi không xét tổng trở đường dây pha: 83
2.2 Khi xét tổng trở đường dây pha: 84
3 Mạch điện xoay chiều ba pha có nhiều phụ tải mắc song song: 84
3.1 Gỉai mạch điện ba p ha có tải mắc song khi biết cơng suất P, Q: 84
3.2 Gỉai mạch điện ba pha mắc song song không cùng tải: 85
V CÁCH NỐI ĐỘNG CƠ ĐIỆN BA PHA: 88
VI CÁCH NỐI TẢI MỘT PHA: 88
Câu hỏi và bài tập 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90
Trang 9BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN Giới thiệu bài học:
Kỹ thuật điện là một trong những phần không thể thiếu trong hoạt động nghề nghiệp của ngành kỹ thuật
Đây là tiền đề cần thiết cho việc tiếp thu và hiểu được khái niệm, các thông
số cơ bản các hiện tượng trong hệ thống điện – điện tử
Việc hiểu được các định luật, các phương pháp để giải các bài tập trong mạch điện một chiều, mạch xoay chiều (một pha, ba pha)
Vận dụng vào hệ thống điện trong thực tế khi làm việc trong nhà máy, hệ thống truyền tải điện………
Phân tích được mạch điện, tính được công suất mạch, hệ số cos phi, hệ thống bù hạ áp……
Mục tiêu của bài:
- Khái quát được các hệ thống mạch điện;
- Phân tích được các mô hình toán học trong mạch điện;
- Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập;
- Rèn luyện được phương pháp học tư duy và nghiêm túc trong công việc
I KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN
1 Mạch điện:
a) Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại trong đó xãy
ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng, tín hiệu điện Mạch điện gồm nguồn điện, tải và dây dẫn
b) Nguồn điện: dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho
mạch Nguồn được biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang điện năng, ví dụ máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng), ắc quy (biến đổi hóa năng sang điện năng)
Hình 1
Tải Nguồn
I +
M Tải R
Dây dẫn
Tải Nguồn
I +
E M Tải R
Dây dẫn
Trang 10Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
c) Phụ tải: là thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện Phụ tải biến đổi
năng lượng điện sang các dạng năng lượng khác, ví dụ như động cơ điện (biến đổi điện năng thành cơ năng), đèn điện (biến đổi điện năng sang quang năng), bàn là, bếp điện (biến đổi điện năng sang nhiệt năng) v.v
d) Dây dẫn: làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện từ nguồn đến nơi tiêu
thụ
2 Cấu trúc của mạch điện:
Nhánh: gồm nhiều phần tử ghép nối tiếp trong đó có cùng một dòng điện
Nút: là điểm nối của ba nhánh trở lên
Vòng: là lối đi khép kín của các nhánh
3 Các hiện tượng điện từ:
Trang 11Gồm hai hiện tượng là hiện tượng biến đổi năng lượng và hiện tượng tích phóng năng lượng điện từ
Hiện tượng biến đổi năng lượng gồm hiện tượng nguồn và hiện tượng tiêu tán
Hiện tượng nguồn: là hiện tượng biến đổi từ các dạng năng lượng khác như
cơ năng, hóa năng, nhiệt năng … thành năng lượng điện từ
Hiện tượng tiêu tán: là hiện tượng biến đổi năng lượng điện từ thành các
dạng năng lượng khác như nhiệt, cơ, quang, hóa năng …tiêu tán đi không hoàn trở
lại trong mạch nữa
Hiện tượng tích phóng năng lượng gồm hiện tượng tích phóng năng lượng trong trường điện và trong trường từ
II CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN
1 Phần tử điện trở:
Phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ, quan hệ giữa
dòng và áp trên hai cực của phần tử điện trở là: u = R.i (hình 7)
C. thông số cơ bản của mạch điện, đặc
trưng cho quá trình tích phóng năng lượng trường điện (hình 9)
Trang 12Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
5 Phần tử thực:
Phần tử thực của mạch điện có thể được mô hình gần đúng bởi một hay nhiều phần tử lý tưởng được ghép với nhau theo một cách nào đó để mô tả gần đúng hoạt động của phần tử thực tế
Trang 13Câu hỏi và bài tập
1 Mạch điện gồm những phần nào? Nêu công dụng của chúng
2 Định nghĩa nút ? vòng ? Điều kiện nào trong mạch điện có nút
3 Đặc trưng của phần tử điện trở là gì? Phần tử điện dung? Phần tử điện cảm?
Trang 14Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
CHƯƠNG I MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
Giới thiệu bài học:
Kỹ thuật điện là một trong những phần không thể thiếu trong hoạt động nghề nghiệp của ngành kỹ thuật
Đây là tiền đề cần thiết cho việc tiếp thu và hiểu được khái niệm, các thông
số cơ bản các hiện tượng trong hệ thống điện – điện tử
Việc hiểu được các định luật, các phương pháp để giải các bài tập trong mạch điện một chiều, mạch xoay chiều (một pha, ba pha)
Vận dụng vào hệ thống điện trong thực tế khi làm việc trong nhà máy, hệ thống truyền tải điện………
Phân tích được mạch điện, tính được công suất mạch, hệ số cos phi, hệ thống bù hạ áp……
Mục tiêu của bài:
- Trình bày, giải thích và vận dụng được linh hoạt các biểu thức tính toán trong mạch điện DC (dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng );
- Phân tích được sơ đồ và chọn phương pháp giải mạch hợp lý;
- Tính toán được các thông số (điện trở, dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng) của mạch DC một nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp;
- Lắp ráp, đo đạc được các thông số của mạch DC theo yêu cầu;
- Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập;
- Rèn luyện được phương pháp học tư duy và nghiêm túc trong công việc
I CÁC ĐẠI LƯƠNG ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN
1 Điện thế - Hiệu điện thế:
Trang 151.2 Hiệu điện thế (Điện áp)
Ở mạch điện hình 1.1, tại điểm A có điện thế VA , tại điểm B có điện thế VB
Để dịch chuyển điện lương q từ vị trí A sang vị trí B tức để tạo dòng điện từ A sang
B thì nguồn điện phải tạo ra một năng lượng là VAB > 0 (VAB < 0 thì dòng điện có chiều từ B sang A)
VAB gọi hiệu điện thế giữa A và B
Thông thường điểm nối chung của mạch điện được chọn làm điểm gốc (điểm đất, điểm mass) Điểm này có điện thế bằng 0 Ví dụ khi cho điểm B nối trực tiếp xuống mass thì điểm B có điện thế VB = 0
Ký hiệu nối mass, nối đất (Ground GND)
Đơn vị của điện thế, hiệu điện thế (điện áp): Vôn (V) 1KV = 103V = 1000V
1mV = 10-3V = 0,001V
2 Dòng điện:
Ở mạch điện hình 1.1, nếu có chênh lệch điện thế giữa A và B thì có sự di chuyển của các hạt mang điện theo một hướng xác định Khi đó hình thành dòng điện chạy trong mạch Ngược lại, không có chênh lệch điện thế giữa A và B thì không có sự dịch chuyển của các hạt mang điện nên không có dòng điện trong mạch
Vây: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện
Trang 16Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
I: Cường độ dòng điện (A) dq: Điện lương (C)
dt: Khoảng thời gian ngắn (s) Theo qui ước dòng điện có chiều đi từ dương sang âm
Đơn vị của cường độ dòng điện Ampere (A)
1KA = 103A = 1000A 1mA = 10-3A = 0,001A 1µA = 10-3mA = 10-6A
3.Dòng điện một chiều:
Khi dòng điện và điện thế phân bố trong một hệ mạch không thay đổi theo thời gian thì mạch được xem như một trạng thái tĩnh hay trạng thái DC (Direct Current state)
Q là tổng các điện tích đi qua tiết diện dây dẫn trong khoảng thời gian t
3.3 Chiều của dòng điện
Dòng điện trong mạch có chiều qui ước hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp Chiều của dòng điện ngược với chiều chuyển động của điện tử
Trang 17(điện ngược với chiều dịch chuyển của điện tích âm) Chiều của dòng điện cùng chiều dịch chuyển của điện tích dương
3.4 Nguồn điện một chiều:
Các loại nguồn điện một chiều:
- Pin, acquy
- Máy phát điện một chiều
Khi sử dụng nguồn điện một chiều, cần biết hai thong số quan trong của nguồn là điện áp và điện lượng
Điện lương Q có đơn vị Ampere giờ (Ah) Điện lương Q chỉ lượng điện đã được nạp và chứa trong nguồn Thời gian sử dụng sẽ tùy thuộc vào cường độ dòng điện tiêu thụ và được tính theo công thức:
Q: Điện lương (Ah) I: Cường độ dòng điện (A) t: Thời gian (h)
V CC
E,r
E: Sức điện động r: nội trở
Trang 18Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
- Nguồn một chiều: V, U, VCC, VBB, E,……
E1 ,r1
Hình 1.6
Etđ , rtđ +
+
V CC
Trang 19A = U.I.t = R.I2.t A: công của dòng điện được gọi là điện năng (J)
(1+1) (1+1)
Hình 1.8
E tđ , r tđ +
Trang 20Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
U: điện áp (V)
I: cường độ dòng điện (A)
t: thời gian dòng điện chạy (s)
II CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG
1 Nguồn dòng điện mắc song song:
Nguồn dòng điện mắc song song sẽ tương với một nguồn dòng duy nhất có giá trị bằng tổng đại số các nguồn dòng đó
j
1
Ví dụ: j1= 2 (A), j2= 3 (A), j3=1 (A) → j = 2-3-1 = -2 (A)
Nguồn dòng điện j(t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và duy trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngoài
2 Điện trở ghép nối tiếpvà ghép song song:
2.1 Điện trở ghép nối tiếp:
Điện trở ghép nối tiếp sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất có trị số bằng tổng các điện trở các phần tử đó Dòng điện chạy qua mạch bằng với dòng điện chạy qua các phân tử
- Hai điện trở ghép nối tiếp:
Trang 212.2 Điện trở ghép song song:
Điện trở ghép song song sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất
có điện dẫn bằng tổng điện dẫn các phần tử đó (với g =
R
1
: gọi là điện dẫn) Dòng điện chạy qua mạch bằng tổng điện các nhánh
- Hai điện trở ghép song song:
2 1
1 1 1
R R
2 1
2
1
R R
R R
1 1 1
3 2 1
+
+ + +
= + +
10
1 20
1 20
1 1 1 1 1
3 2
Trang 22Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
3 Biến đổi Δ-Y VÀ Y-Δ:
3.1 Biến đổi Y-Δ:
(1)
R23=R2+R3+
1
3 2
R
R R
(3)
3.2 Biến đổi Δ-Y:
R1=
31 23 12
12
31
R R R
R R
+
R2=
31 23 12
12
23
R R R
R R
+
R3=
31 23 12
31
23
R R R
R R
Đối với mạch (Y) ta có:
12
31 23
R R
R
R R
R
++
+
(1)
R2+R3=
31 23
12
12 31
R R
R
R R
R
++
Trang 2331 23
12
23 12
R R
R
R R
R
++
+
(3)
Giải hệ phương trình(1),(2),(3) ta tìm được các phép biến đổi trên
4 Biến đổi nguồn tương đương:
Nguồn áp mắc nối tiếp với một điện trở sẽ tương đương với một nguồn dòng mắc song song với điện trở đó và ngược lại
Ở mạch (hình 1) ta có quan hệ giữa u và i như sau:
2 Định luật Kiếc Chốp
Định luật Kiếc chốp nêu mối quan hệ giữa dòng điện tại điểm nút, giữa các suất điện động và các sụt áp trong một vòng kín Nhờ các mối quan hệ đó mà ta giải được mạch điện một chiều phân nhánh bất kỳ
Trang 24Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
Tổng đại số các dòng điện tại một nút thì bằng không
0
=
I
Qui ước:
- Các dòng điện đi vào nút mang dấu dương
- Các dòng điện đi ra nút mang dấu âm
2.2 Định luật kiếc chốp 2:
Trong mỗi mạch vòng của mạch điện, nếu ta xuất phát từ một điểm đi qua tất
cả các phần tử của mạch (gồm các suất điện động và các điện áp giáng trên từng đoạn mạch) rồi trở lại điểm xuất phát thì ta có lại điên thế ban đầu
Ta có nhận xét: Tổng các suất điện động trong mạch sẽ cân bằng với các sụt
áp trên từng đoạn mạch
I1 - I3 - I4 = 0 Định luật kiếc chốp 2 được phát biểu như sau:
Trong một vòng kín, tổng đại số các các suất điện động bằng tổng các sụt áp trên các phần tử của mạch
R I
Trang 25mạch vòng) Những suất điện động và điện áp nào cùng chiều qui ước mang dấu dương (+), ngược chiều qui ước mang dấu âm (-)
IV CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH MỘT CHIỀU
1 Phương pháp dòng điện nhánh:
Ẩn số bài toán là dòng điện nhánh
Bước 1: Tùy ý vẽ chiều dòng điện trong các nhánh, chọn chiều đi của vòng Bước 2: Xác định số nút, số nhánh và số vòng dộc lập (mắc lưới), nếu gọi n
là số nút, m là số nhánh số phương trình cần phải viết là:
Viết (n-1) phương trình kiếc chốp 1 Không cần viết cho nút thứ n vì có thể suy ra từ (n-1) phương trình đã viết
Viết m-(n-1) = (m+1-n) phương trình kiếc chốp 2 Vậy ta phải chọn (m = 1-n) mắc lưới
Tại nút B: I1+I2-I3=0 (1)
Vòng ABFGA I1.R1+I3.R3=E1 (2)
Vòng BCDFB I2.R2+I3.R3= E2 (3)
Bước 3: Giải hệ phương trình (1), (2) và (3) tìm I1,I2, I3
Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình 1.19
Biết E1= 125(v), E2= 90(v), R1=1(Ω), R2=2(Ω),
R3=4(Ω).Tính dòng điện trên các nhánh, I1,
I2, I3
Giải
Chọn chiều dòng điện và chiều đi của vòng như hình vẽ
Áp dụng định luật Kiếc chốp 1 tại nút A ta có: I1+I2-I3= 0 (1)
Áp dụng định luật Kiếc chốp 2 cho vòng ABFGA và vòng BCDFB ta có: Vòng ABFGA: I1.R1+I3.R3=E1 (2)
Trang 26Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
4903
4125
3 3
−
I I I
Giải phương trình trên ta được:
I3 = 20A Thay I3 = 20A vào (4)
Trang 27Chọn chiều dòng điện và chiều đi của vòng như hình vẽ
Áp dụng định luật Kiếc chốp1 tại nút B ta có: I1-I2-I3= 0 (1)
Áp dụng định luật Kiếc chốp2 cho vòng ABFGA và vòng BCDFB ta có: Vòng ABFGA: I1.R1+I3.R3=E1-E3 (2)
26
48 2
10 26
2
= +
−
−
Vậy chiều I1, I3 đi trong mạch ngược với chiều đã chọn
3 -4 -2 6
3 3
2 -2
3 -4
2 6
Trang 28Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
2 Phương pháp dòng điện mạch vòng:
Phương pháp: Ẩn số của hệ phương trình là dòng điện vòng
Gọi m là số nhánh n là số nút số vòng độc lập cần phải chọn là m-n+1 Mỗi vòng sẽ có một dòng điện vòng chạy khép kín trong vòng ấy
Dòng điện chạy khép kín trong vòng ABFGA gọi là dòng Ia
Dòng điện chạy khép kín trong vòng BCDFB gọi là dòng Ib
Các dòng điện Ia, Ib là ẩn số của hệ phương trình
Bước 1: chọn chiều các dòng điện vòng Ia,Ib
Bước 2: viết hệ phương trình kiếc chốp 2 cho (m-n+1) vòng
(tổng đại số điện áp rơi trên các nhánh của vòng do các dòng điện vòng gây
ra bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng, trong đó các suất điện động, các dòng điện vòng có chiều trùng với chiều đi của vòng sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm)
Vòng ABFGA: Ia.R1+Ia.R3+Ib.R3=E1 (1)
Vòng BCDFB: Ib.R3+Ib.R2+Ia.R3=E2 (2)
Bước 3: Giải hệ phương trình tìm Ia, Ib
Bước 4: Tính dòng điện nhánh như sau:
Dòng điện trên một nhánh bằng tổng đại số các dòng điện vòng đi qua nhánh
ấy, trong đó dòng điện vòng nào có chiều trùng với chiều dòng điện nhánh sẽ mang dấu dương ngược lại mang dấu âm
Trang 290,5.Ia+ 24.Ia+ 24.Ib= 244 (1) 24,5Ia+24Ib= 8 (3)
Ib+ 24.Ib+ 24.Ia= 242 (2) 24Ia+ 25Ib= 6 (4)
Vậy: I1 = Ia = 8A; Ib = 2A; I3 = Ia + Ib = 8 + 2 = 10A
Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình 1.22 Biết E1= 7(v), E2= 4(v), R1= 2(Ω),
24 242
Trang 30Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
10
17 10
8 10
17
I = a − b = + =
3 Phương pháp điện thế nút:
Phương pháp: (áp dụng định luật kiếc chốp 1)
Tổng đại số các dòng điện tại một nút thì bằng 0
Bước 1: chọn một nút làm chuẩn (chọn 0 làm chuẩn)
I A a
I B A b
−
= , Ic = I1
2 1
= +
− +
−
R
V V R
V A B A
2 2
1
1 )
1 1
R
V R R
I R
V R R
Trang 31Hệ phương trình nút: 1 1 1 1( )1
2 2
1
I R
V R R
2 3 2
I R
V R R
Bước 3: Giải hệ phương trình tìm được VA,VB dòng điện qua các nhánh
3 2
1 1
R
R : Tổng điện dẫn nối tại nút B
2
1
R : Điện dẫn chung giữa nút Avà B
I 1: là giá trị nguồn dòng nối tại nút A, mang dấu (+) nếu nguồn dòng chảy vào nút A và mang dấu (-) nếu nguồn dòng chảy ra từ nút A
I 2: là giá trị nguồn dòng nối tại nút B, mang dấu (+) nếu nguồn dòng chảy vào nút B và mang dấu (-) nếu nguồn dòng chảy ra từ nút B
Ví dụ 1: Cho mạch điên như hình 1.23 Biết I1= 2(A), I2 = 3(A), R1= 3(Ω), R2
I A a
I B A b
−
= , Ic = I1 = 2(A)
0
1 2 1
= +
− +
−
R
V V R
V A B A
2 2
1
1 )
1 1
R
V R R
I R
V R R
Trang 32Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
Hệ phương trình nút:
1 2 2
1
1 1
1
I R
V R R
1 3
1 1
I R
V R R
1 4
4
1 ( 20
9 12
7 − − − =
5
1 240
48 240
15 63 16
1 240
63 − = − = =
∆x = = − − ) =
4
1 (
3 20
9
20
33 20
15 18 4
3 20
18
=
+
= +
∆y = =
20
9 2 3 12
7 − =
20
17 120
102 120
108 210 20
18 12
21 − = − = =
VA =
4
33 5 20 33
5 1 20
5 1 20
2
-4 1
3
20 9
Trang 331 1 1 4 2
2 2
R
V R R
2
2
1 2
1 4
R
V R R
A
VB 2
2 4
1 2
1 4
1 2
Phương pháp: (áp dụng cho những mạch có nhiều nhánh song song nhưng
3 -2 -2 3
Trang 34Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
Bước 2 : Xác định điện áp hai nút theo công thức :
n
K
K K
G
G E
1
1
Trong đó: EK, GK là sức điện động và dòng điện trên nhánh thứ k (Gk=
R
1
)
Nếu EK có chiều trùng với chiều dương giả thiết của điện áp thì tích EK.GK
mang dấu âm ngược lại mang dấu dương
Mạch nào không có nguồn sức điện động (EK=0) thì EK.GK=0
Bước 3: Áp dụng định luật omh tìm dòng điện trong các nhánh
Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình 1.25 Biết E1=120(V), E2=119(V), R1=5Ω,
R2= 3Ω, R3= 22Ω Tính dòng điện qua các nhánh bằng phương pháp điện áp hai nút ở mạch điện trên
15 330
110 330 66
15
595 15
360
22
1 3
1 5 1
3
1 119 5
1 120
.
3 2 1
2 2 1 1
1
1
V G
G G
G E G E G
G E
+ +
+
= +
+
+
= + +
Trang 35Ví dụ : Cho mạch điện như hình 1.26 biết E1= 5 (v), E2= 4 (v), E3= 7 (v),
R1= 2 (Ω), R2= 3 (Ω), R3= 4 (Ω) Tính dòng điện qua các nhánh bằng phương pháp điện áp hai nút
Chọn chiều dương điện áp và chiều dòng điện đi trong các nhánh như hình 1.26
) ( 13 67 12
3 4 6 12
21 16 30
4
1 3
1 2 1
4
1 7 3
1 4 2
1 5
.
3 2 1
3 3 2 2 1 1
1
1
V G
G G
G E G E G E G
G E
U n
K K
n
K
K K
+ +
+ +
= +
+
+
+
= +
+
+ +
2
67 65 2
13
67 5
15 13
3
67 52 3
13
67 4
24 13
4
67 91 4
13
67 7
5 13
1 − + = 0 Vậy dòng I1, I2, I3 đi trong mạch ngược với chiều đã chọn
4 Phương pháp biến đổi điện trở:
4.1 Đấu nối tiếp điện trở - Phụ tải
Đấu nối tiếp là cách đấu sao cho chỉ có một dòng điện duy nhất qua tất cả các điện trở hoặc phụ tải
Trang 36Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
Áp dụng định luật ôm cho từng điện trở:
3
2 3 3 2 3 31
2
2 2 2 2 2 2
1
2 1 1 2 1 1
.
.
.
R
U R I I U P
R
U R I I U P
R
U R I I U P
Ví dụ: Cần ít nhất bao nhiêu bóng đèn 24V – 12W đấu vào mạch điên có
điện áp 120V Hãy tìm điện trở tương đương và điện trở qua mạch
Giải:
Bóng đèn 24V không đấu vào mạch điện có điện áp bằng 120V được, ta phải đấu nối tiếp nhiều bóng đèn để đảm bảo điện áp trên mỗi bóng đèn không vượt quá điện áp đinh mức của chúng là 24V
Vì các bóng đèn giống nhau, nên khi đấu nối tiếp điện áp là như nhau Vậy số bóng đèn cần đấu nối tiếp là:
Ta lấy n =5 (tức là cần 5 bóng đèn đấu nối tiếp)
Điện trở của mỗi bóng đèn là:
Trang 37U R R
U
P đ đ đ đ
Điện trở tương của toàn mạch
Rtđ =n.Rđ =5.48=240Ω Dòng điện chạy qua mạch:
A R
U I
td
5 , 0 240
120 =
=
=
4.2 Đấu song song điện trở - Phụ tải
Đấu song song là cách đấu sao cho tất cả các điện trở đều đặt vào cùng một điện áp
Dòng điện chạy qua mỗi nhánh
1 1
R
U
I = ,
2 2
R
U
I = ,
3 3
1 1 1 (
2
U R
U R
U
I = + + = + +
Đặt
3 2 1
1 1 1 1
R R R
R td = + +
tđ
R U
Trang 38Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
Giải:
150
1 120
1 60
1 1 1 1 1
3 2 1
+ +
= + +
=
R R R
R td
Rtđ =31,6Ω Dòng điện toàn mạch:
A R
U I
tđ
8 , 3 6 ,
31 120 =
=
=
Dòng điện chạy qua mỗi bóng đèn:
Vì mạch đấu song nên:
U = U1 = U2 = U3 = 120V
A R
U I
A R
U I
A R
U I
8 , 0 150 120
1 120 120
2 60 120
3
3 3 2
2 2 1
1 1
4.3 Đấu hỗn hợp điện trở - phụ tải:
Trong thực tế, ta gặp mạch điện một chiều gồm các điện trở vừa đấu nối tiếp vừa đấu song song Nếu mạch điện chỉ có một nguồn thì trước hết ta thay thế các phần tử có điện trở đấu song song bởi các điện trở tương đương Khi đó mạch điện chỉ gồm các điện trở mắc nối tiếp và ta giải được mạch điện dễ dàng (hình 1.29)
Các bước giải mạch điện đấu hỗn hợp:
Trang 39Bước 1: Đưa mạch điện phân nhánh về mạch điện không phân nhánh Bằng cách thay thế các điện trở đấu song song bằng một nhánh điện trở tương đương (Rtđ)
Với
3 2 1
1 1 1 1
R R R
1
1 1
R
U
I = (Với Utđ =U1 = U2 = U3)
Ví dụ: Cho mạch điện như hình 1.29 Biết E = 120V, R1 = 150Ω, R2 = 75Ω,
R3 = 150Ω, Rd = 2Ω, R0 = 0,5Ω Hãy xác địng dòng điện chạy qua các nhánh, công suất tiêu thụ trên các điện trở R1, R2, R3 (P1, P2, P3)
Giải:
Điện trở tương là:
150
1 75
1 150
1 1 1 1 1
3 2 1
+ +
= + +
=
R R R
R td
Rtđ = 35,5Ω Điện trở toàn mạch:
∑R = R0 + Rd + Rtđ 0,5 + 4 + 35,5 =40Ω Dòng điện toàn mạch:
) ( 3 40
120
A R
E
I = = =
Điện áp tương đương:
Utđ = I.Rtđ = 3.40 = 80V Dòng điện chạy qua các nhánh:
Trang 40Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử
A R
U I
A R
U I
A R
U I
8 , 0 150 120
6 , 1 75 120
8 , 0 150 120
3
3 3 2
2 2 1
1 1