Giáo trình Kỹ thuật điện (Nghề Công nghệ kỹ thuật ĐiệnĐiện tử CĐTC)

Mạch điện o Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện điện tử ghép lại thành vòng kín có dòng điện trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt biến đ i n ng lượng Mỗi ph n tử trong mạch

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN NGÀNH, NGHỀ: CNKT ĐI N ĐI N T TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quy ết định Số: /QĐ-CĐNĐT ngày… tháng…năm 2018

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2018

LỜI GIỚI THIỆU

K thu t điện là một trong nh ng môn học c sở c a nghề Công nghệ k thu t Điện – Điên tử đ được biên soạn d a theo chư ng trình khung đ x y d ng và ban hành n m 2018 c a trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp trước đ y dành cho nghề Công nghệ k thu t Điện – Điện tử hệ Cao đẳng và Trung cấp

Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học t p giảng dạy ở trình độ Trung cấp nên tài liệu đ được x y d ng ở mức độ đ n giản và dễ hiểu trong mỗi bài học đều có thí dụ và bài t p tư ng ứng để áp dụng và làm sáng t ph n l thuyết

Khi biên soạn người viết đ d a trên kinh nghiệm th c tế giảng dạy tham khảo đồng nghiệp tham khảo các giáo trình hiện có và c p nh t nh ng kiến thức mới

có liên quan để phù hợp với nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo nội dung được biên soạn gắn với nhu c u th c tế

Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 45 tiết gồm có:

Chư ng 1 MH07-01: Các khái niệm c bản về mạch điện

Chư ng 2 MH07-02: Mạch điện một chiều

Chư ng 3 MH07-03: Dòng điện xoay chiều hình sin

M ỤC LỤC



T UYÊN BỐ BẢN QUYỀN………1

Tên môn h ọc: KỸ THUẬT ĐIỆN Error! Bookmark not defined 2.1 Các định lu t và biểu thức c bản trong mạch điện một chiều 15

2.1.1 Định lu t Ohm 15

2.1.2 Công suất và điện n ng trong mạch điện một chiều 16

2.1.3 Định lu t Joule-Lenz 17

2.1.4 Định lu t Faraday 17

2.1.5 Hiện tượng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện) 18

2.1.6 Định lu t Kirchhoff 1 (K1) 19

2.1.7 Định lu t Kirchhoff 2 (K2) 19

2.2 Các phư ng pháp giải mạch điện một chiều 20

2.2.1 Phư ng pháp biến đ i điện trở 20

2.2.2 Phư ng pháp xếp chồng 20

2.2.3 Phư ng pháp ứng dụng định lu t Kirchhoff 21

2.2.4 Phư ng pháp dòng điện nhánh 22

2.2.5 Phư ng pháp dòng điện mạch vòng 23

2.2.6 Phư ng pháp điện áp nút 24

2.2.7 Phép biến đ i mạng một cửa (hai c c) không nguồn 26

2.2.8 Phép biển đ i Thevenin – Norton 27

3.1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều 33

3.1.1 Dòng điện xoay chiều 33

3.1.2 Chu kỳ và t n s c a dòng điện xoay chiều 33

3.1.3 Dòng điện xoay chiều hình sin 34

3.1.4 Các đại lượng đặc trưng 34

3.1.5 S lệch pha gi a điện áp và dòng điện: 34

3.1.6 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng đồ thị vect 35

3.2 Giải mạch điện xoay chiều không ph n nhánh 35

3.2.1 Giải mạch R-L-C 36

3.3 Giải mạch điện xoay chiều ph n nhánh 40

3.3.1 Phư ng pháp đồ thị vect 40

3.3.2 Phư ng pháp biên độ phức 40

3.3.3 Biểu diễn hình sin bằng s phức 42

3.3.4 Giải mạch xoay chiều bằng phư ng pháp biên độ phức 43

3.4 Công suất c a dòng điện hình sin 47

3.4.1 Công suất tác dụng (P) 47

3.4.2 Công suất phản kháng (Q) 48

3.4.3 Công suất biểu kiến (S) 48

3.4.4 Phư ng pháp n ng cao hệ s công suất: 48

CHƯƠNG 4 : MẠCH BA PHA 59

4.1 Khái niệm chung 59

4.1.1 Hệ th ng ba pha c n bằng Error! Bookmark not defined 4.1.2 Đồ thị dạng sóng và đồ thị vect Error! Bookmark not defined 4.1.3 Đặc điểm và nghĩa Error! Bookmark not defined 4.2 S đồ dấu d y trong mạng ba pha c n bằng Error! Bookmark not defined 4.2.1 Cách đấu hình sao (Y) Error! Bookmark not defined 4.2.2 Cách đấu hình tam giác () Error! Bookmark not defined 4.3 Công suất mạng ba pha c n bằng 63

4.3.1 Công suất tác dụng P 63

4.3.2 Công suất phản kháng Q 64

4.3.3 Công suất biểu kiến 64

4.4 Phư ng pháp giải mạng ba pha c n bằng 64

4.4.1 Khi không xét t ng trở đường d y 64

4.4.2 Khi có xét đến t ng trở đường d y 65

5.1 Mạng ba pha bất đ i xứng 66

5.1.1 Mạng ba pha bất đ i xứng 66

5.1.2 Khi có xét đến t ng trở đường d y 70

5.2 Giải mạch ba pha có nhiều nguồn tác động 71

5.2.1 Hai định lu t Kirchooff dạng phức 71

5.2.2 Phư ng pháp dòng điện nhánh 71

5.2.3 Phư ng pháp dòng điện mạch vòng 71

5.3 Giải mạch có thông s nguồn phụ thuộc 72

5.3.1 Các nguồn áp n i tiếp 72

5.3.2 Các nguồn dòng song song 72

CHƯƠNG 1 : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

Mã chương MH07 - 01

Giới thiệu:

- Ph n tích được nhiệm vụ vai trò c a các ph n tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện d y dẫn phụ tải thiết bị đo lường đóng cắt

- Giải thích được cách x y d ng mô hình mạch điện các ph n tử chính trong mạch điện Ph n biệt được ph n tử l tưởng và ph n tử th c

- Ph n tích và giải thích được các khái niệm c bản trong mạch điện hiểu và v n dụng được các biểu thức tính toán c bản

- Rèn luyện tính cẩn th n t m trong tính toán

Nội dung chính:

1.1 Mạch điện và mô hình

1.1.1 Mạch điện

o Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện điện tử ghép lại thành vòng kín có

dòng điện trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt biến đ i n ng lượng

Mỗi ph n tử trong mạch th c hiện một chức n ng xác định gọi là ph n tử mạch điện Có 2 loại ph n tử chính là nguồn và phụ tải

o Nguồn điện: là thiết bị tạo ra điện n ng Về nguyên l nguồn điện là thiết bị biến

đ i các dạng n ng lượng như c n ng hóa n ng nhiệt n ng … thành điện n ng Ví dụ: Máy phát điện ắc quy pin mặt trời …

o Phụ tải: là các thiết bị tiêu thụ n ng lượng và biến đ i điện n ng thành các dạng

n ng lượng khác như c n ng nhiệt n ng quang n ng … Ví dụ: động c điện bếp điện đèn điện…

đ y:

- Hiện tượng tiêu tán n ng lượng ứng với vùng tiêu tán là vùng biến n ng lượng điện

từ thành các dạng n ng lượng khác như: c n ng nhiệt n ng… (tức là vùng tiêu thụ mất n ng lượng c a trường điện từ)

- Hiện tượng phát ứng với vùng (nguồn) phát là vùng biến các dạng n ng lượng khác thành n ng lượng điện từ

- Hiện tượng tích phóng n ng lượng điện trường là vùng n ng lượng điện từ t p trung vào vùng điện trường c a một không gian như các bản c c tụ điện cuộn d y…

1.1.3 Mô hình mạch điện

Mô hình mạch dùng trong l thuyết mạch điện được x y d ng từ các ph n tử mạch l tưởng sau đ y:

o

Phần tử điện trở R: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng tiêu

tán n ng lượng điện từ Công suất tiêu tán P = RI2

- L là thông s c bản c a mạch điện đặc trưng cho hiện tượng

phong tích n ng lượng trường từ được gọi là điện cảm

- Đ n vị điện cảm L là Henry [H]

Hình 1 - 2

o Phần tử điện dung C: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng

tích phóng n ng lượng điện trường

- K hiệu ph n tử điện dung C(hình 1-3)

- N ng lượng điện trường: W  1/ 2*CU2

- Đ n vị điện dung C là Fara [F]

Hình 1 - 3

o Phần tử nguồn độc lập: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng

nguồn ph n tử nguồn gồm hai loại:

Ph n tử nguồn áp e(t)

- K hiệu ph n tử nguồn áp (hình 1-4)

Hình 1 - 4

- Với quan hệ u(t) = e(t) trong đó e(t) không phụ thuộc dòng

điện i(t) chảy qua ph n tử và được gọi là sức điện động

o Ph n tử nguồn dòng j(t)

- K hiệu ph n tử nguồn dòng (hình 1-5)

- Với quan hệ i(t) = j(t) trong đó j(t) không phụ thuộc điện áp

u(t) đặt trên 2 c c c a ph n tử

- e(t) và j(t) là hai thông s c bản c a mạch điện đặt trưng

cho hiện tượng nguồn do có khả n ng phát c a nguồn

Hình 1 - 5

o Phần tử nguồn phụ thuộc: là ph n tử nguồn mà

chúng phụ thuộc vào dòng điện hay điện áp nào đó

c a mạch

Ph n tử nguồn áp phụ thuộc áp: (hình 1-6a)

(VCVS – Voltage Controlled Voltage source)

- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào u1 c a mạch

- Với u2 = u1; : không thứ nguyên

Ph n tử nguồn áp phụ thuộc dòng: (hình 1-6b)

(CCVS – Current Controlled Voltage source)

- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào dòng i1c a mạch

- Với u2 = r.i1; r: thứ nguyên (Ohm)

Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc áp: (hình 1-6c)

(VCCS – Voltage Controlled Current source)

- Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc này phát ra dòng

điện i2 phụ thuộc vào điện áp u1 theo hệ thức

Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào u1 c a mạch

- Với i2=gu1 : g thứ nguyên S(Siemen) hay  1

Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc dòng:(hình1-6d)

(CCVS – Current Controlled Current source)

- Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào dòng i1 c a mạch

- Với i2 = i1:  không thứ nguyên

Hình 1 - 6

1.2 Các khái niệm cơ bản trong mạch điện

Cường độ dòng điện

- Dòng điện: là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng

- Chiều dòng điện là chiều chuyển động dòng điện tích dư ng

- Cường độ dòng điện: (gọi tắt là dòng điện) là lượng điện tích chuyển qua một

bề mặt nào đó (tiết diện ngang c a d y dẫn) trong một đ n vị thời gian

- Đ n vị cường độ dòng điện là Ampere (A)

- K hiệu: i

- Trong tính toán i là đại lượng đại s kèm theo chiều dư ng qui ước

- Sau khi giải:

o Nếu i dư ng: Chiều th c c a dòng điện trùng với chiều dư ng qui ước

o Nếu i m: Chiều ngược lại

Ví dụ:

Dòng điện một chiều (DC) Dòng điện xoay chiều (AC)

Hình 1 - 7 Dạng tín hiệu dòng điện một chiều và xoay chiều

Điện áp

- Là công sinh ra khi 1 đ n vị điện tích dư ng dịch chuyển từ A đến B

- Với UAB= φA - φB; φA và φB là điện thế điểm A và B

Hình 1 - 8 Dạng tín hiệu điện áp một chiều và xoay chiều

Công suất (P)

Trong mạch điện một nhánh một ph n tử có thể nh n n ng lượng hoặc phát

n ng lượng Khi chọn chiều dòng điện và điện áp trùng nhau khi tính toán công suất P

c a nhánh ta có kết lu n sau về quá trình n ng lượng c a nhánh Ở thời điểm thời nào

Công suất một chiều P = U.I

Công suất xoay chiều P = U.I.Cos

1.3 Các phép biến đổi tương đương

1.3.1 Biến đổi điện trở nối tiếp, song song

o Điện trở ghép n i tiếp

Hình 1 - 9 Điện trở ghép n i tiếp

o Điện trở ghép song song

Hình 1 - 10 Điện trở ghép song song

1.3.2 Biến đổi nguồn

o Các nguồn áp n i tiếp

Hình 1 - 11 Nguồn áp ghép n i tiếp Chọn chiều dư ng là chiều đi từ A đến B nên E1, E3mang dấu “dư ng” (vì có chiều cùng với chiều dư ng đ chọn) và E2có dấu “ m” (vì có chiều ngược với chiều dư ng

đ chọn)

Nếu chọn chiều “dư ng” là chiều ngược lại đi từ B đến A thì dấu c a E1, E3 và E2 là ngược lại

o Các nguồn dòng song song

Hình 1 - 12 Nguồn dòng song song

Do mạch tư ng đư ng sau khi biến đ i chọn chiều dòng điện là chiều hướng lên trên cùng chiều với J1 và J3 nên J1 và J3có dấu “dư ng” Ngược lại J2có dấu “ m”

1.3.3 Phép biến đổi sao - tam giác

Hình 1 - 13 S đồ sao và tam giác

Ví dụ: Tìm dòng điện i(t) trong mạch c a hình sau:

là 5A H y tính n ng lượng điện trong 1 ngày đêm (24h)

1.5 Ba bóng đèn có điện trở R1 = 60 ; R2 = 120 ; R3 = 150 ; đấu song song đặt vào điện áp U = 120V Tính điện trở tư ng đư ng dòng điện qua mỗi bóng trong

+ Khả n ng nh n ra bản chất mạch điện tính toán các bài t p về dòng điện

CHƯƠNG 2 : MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

Mã chương MH07 -02 Giới thiệu:

Trong th c tế mạch điện một chiều được ứng dụng nhiều ở lĩnh v c điện điện tử dòng điện một chiều tư ng đ i n định và việc nghiên cứu để giải mạch điện một chiều là c sở để chuyển đ i và giải các mạch điện biến đ i khác về dạng mạch điện một chiều và các cách biến đ i các phư ng pháp giải mạch điện một chiều được nghiên cứu k

- Ph n tích được s đồ và chọn phư ng pháp giải mạch hợp l

- Rèn luyện tính cẩn th n t m trong tính toán

Nội dung chính:

2.1 Những khái niệm cơ bản về mạch điện một chiều

o Dòng điện

Dòng điện một chiều là dòng điện có chiều không thay đ i theo thời gian Mạch điện

có dòng điện một chiều gọi là mạch điện một chiều Dòng điện có trị s và chiều

không thay đ i theo thời gian gọi là dòng điện không đ i

Dòng điện i có trị s bằng t c độ biến thiên c a điện lượng Q qua tiết diện ngang c a

v t dẫn

dQ i dt



Hình 2 - 1

Đ n vị c a dòng điện là Ampe (A)

Người ta qui ước chiều c a dòng điện chạy trong v t dẫn ngược chiều với chiều

Điện áp gi a hai c c c a nguồn điện khi hở mạch ngoài (dòng điện I=0) được gọi là sức điện động E

o Công suất

Công suất c a nguồn sức điện động là:

P=EI Công suất c a mạch ngoài là:

P=UI

Đ n vị c a công suất là Oát (W)

2.1 Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch điện một chiều

2.1.1 Định luật Ohm

 Định lu t Ohm cho nhánh điện trở

Định lu t Ohm nói lên m i liên hệ gi a dòng điện qua một đoạn mạch và điện áp gi a hai đ u đoạn mạch đó

Hình 2 - 3

Giả sử điện áp đặt vào hai đ u đoạn mạch (v t dẫn) dài l là U nó sẽ tạo ra điện trường đều có cường độ là:

U l

 

Dưới tác dụng c a điện trường các ph n tử dẫn điện sẽ di chuyển tạo thành dòng điện Điện trường càng mạnh thì m t độ dòng điện càng lớn tức cường độ dòng điện tỷ lệ với cường độ điện trường

I S

   

ở đ y  được gọi là điện dẫn suất phụ thuộc vào bản chất dẫn điện c a v t liệu Điện

dẫn suất càng lớn v t liệu dẫn điện càng t t

Thay giá trị  vào ta được:

U

Từ biểu thức trên ta thấy: Dòng điện qua một đoạn d y dẫn tỷ lệ với điện áp gi a hai

đ u đoạn mạch và với điện dẫn c a đoạn mạch đó Đó là định lu t Ohm cho một đoạn mạch

Nghịch đảo c a điện dẫn gọi là điện trở k hiệu R

1 1 l l R

Phát biểu như sau: Dòng điện qua một đoạn mạch tỷ lệ thu n với điện áp gi a hai đ u đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở c a đoạn mạch đó

 Định lu t Ohm cho nhánh điện trở R mắc n i tiếp sức điện động E

Hình 2 - 4

Được tính theo công thức: U = (R).I - E

Sức điện động E và dòng điện I cùng chiều U lấy dấu dư ng (+) ngược lại lấy dấu m (-)

2.1.2 Công suất và điện năng trong mạch điện một chiều

Xét một mạch điện chịu tác động ở 2 đ u một điện áp u qua đó sẽ có dòng điện i Chiều dư ng dòng điện i và điện áp u như hình sau:

Hình 2 - 5

công suất tức thời được xác định theo công thức sau

p(t) = ui nếu p(t) > 0: ph n tử hấp thụ n ng lượng

p(t) < 0: ph n tử phát ra n ng lượng

Đ n vị: Wats (W)

Đ n vị c a n ng lượng là Jounle (J)

Công suất trên điện trở R :

Công suất trên điện dung C: :

Công suất trên điện cảm L:

Phát biểu: Nhiệt lượng Q t a ra trên một đoạn d y dẫn khi có một dòng điện I không

đ i chạy qua t lệ với điện trở R với bình phư ng cường độ dòng điện và với thời gian

t dòng điện đi qua d y dẫn

Đ i với dòng điện biến đ i theo thời gian i(t) ta có thể tính nhiệt lượng t a raa trên đoạn mạch có điện trở R sau thời gian t bằng công thức:

2 0

t

Q   Ri dt

S t a nhiệt trong các v t dẫn điện có dòng điện chạy qua (gọi là hiệu ứng Joule-Lenz)

gi một vai trò quan trọng trong k thu t điện Tất cả các dụng dùng để đ t nóng bằng điện đều d a vào hiệu ứng Joule_Lenz Tuy nhiên hiệu ứng này c ng có mặt tác hại:

Đó là s t a nhiệt làm hao phí vô ích trong nguồn điện trong các d y dẫn truyền tải điện n ng từ nới cung cấp đến n i tiêu thụ

2.1.2.2 Định luật Joule_Lenz dạng vi phân

C ng như với định lu t Ohm ta có thể biểu diễn định lu t Joule_Lenz dưới dạng vi

ph n để tính nhiệt lượng t a ra trong v t dẫn bất kỳ Trong trường hợp này ta c n biết

m t độ công suất nhiệt đó là đại lượng có giá trị bằng công suất nhiệt tiêu thụ trong một đ n vị thể tích và trong một đ n vị thời gian được k hiệu w

Hiện tượng cảm ứng điện từ do Faraday phát hiện n m 1931

nội dung định lu t phát biểu: Khi từ thôngxuyên qua vòng

d y biến thiên trong vòng d y sẽ xuất hiện sức điện động

sức điện động (sđđ) có chiều sao cho từ thông sinh ra nó có

xu hướng ch ng lại s biến thiên c a từ thông

Trong đó:   W gọi là từ thông móc vòng c a cuộn d y

Từ thông có đ n vị là vebe (Wb) sđđ cảm ứng là Vôn (V)

 Bài t p áp dụng 1:

H y xác định trị s và chiều sức điện động cảm

ứng khi lõi sắt chuyển động hướng vào cuộn d y

Cho biết cuộn d y có 200 vòng và t c độ biến

thiên từ thông xuyên qua mỗi vòng d y 0 5 Wb/s

Hình 2 - 7

 Bài t p áp dụng 2:

Một cuộn d y 10 vòng hình ch nh t quay trong từ trường

c a một nam ch m Biết rằng vòng d y quay với v n t c

góc  = 314 rad/s và sau thời gian t từ thông xuyên qua

vòng dây là  = 0.004cos314t (Wb) Tính sức điện động

cảm ứng trong cuộn d y

Hình 2 - 8

2.1.5 Hiện tƣợng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện)

Hai d y dẫn (M1) và (M2) có bản chất hoá học khác

nhau được hàn lại với nhau thành một mạch điện kín

nếu nhiệt độ ở hai m i hàn là T1 và T2 khác nhau, khi

đó trong mạch xuất hiện một suất điện động e(T1, T2)

mà độ lớn c a nó phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ gi a

Nghĩa là t ng các dòng điện đi vào nút (đ nh) bằng t ng các

dòng điện ra kh i nút Định lu t K1 nói lên tính chất liên tục

u







Dấu c a điện áp được xác định d a trên chiều dư ng c a điện áp đ chọn so với chiều

c a vòng Chiều c a vòng được chọn tuỳ (cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ) Trong mỗi vòng nếu chiều vòng đi từ c c “+” sang c c “-” c a điện áp thì điện

áp mang dấu “+” còn ngược lại mang dấu “-”

Ví dụ: Viết phư ng trình K2 cho mạch sau:

2.2 Các phương pháp giải mạch điện một chiều

2.2.1 Phương pháp biến đổi điện trở

- Điện trở ghép n i tiếp - Điện trở ghép song song

Tính bằng phư ng pháp xếp chồng th c hiện theo các bước sau:

Bước 1: Thiết l p s đồ điện ch có một nguồn tác động

Bước 2: Tính dòng điện và điện áp trong mạch ch có một nguồn tác động

Bước 3: Thiết l p mạch điện cho nguồn tiếp theo và l p lại các bước 1 và 2 cho mỗi

Bước 2: Tính I1, I2, I3cho mạch ch có E1tác động

Áp dụng phư ng pháp điện trở và định lu t Ohm

1 10 , 2 5

Bước 3: Tính I1, I2, I3 cho mạch ch có E2 tác động

Áp dụng phư ng pháp điện trở và định lu t Ohm

3 3 , 2 1

Bước 4: Xếp chồng kết quả:     I2 5 1 6 A

2.2.3 Phương pháp ứng dụng định luật Kirchhoff

o Các khái niệm c bản c a mạch điện:

 Phụ tải (tải: Load ): là các thiết bị điện tiêu thụ điện n ng để biến đ i thành các dạng n ng lượng khác như c n ng (động c điện) nhiệt n ng (bàn i điện bếp điện ấm điện) quang n ng (đèn điện)…

 Mạch điện : là t p hợp các thiết bị điện (nguồn tải d y dẫn …) n i với nhau trong đó dòng điện có thể chạy qua

Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh nhiều mạch vòng và nhiều nút

 Nhánh : là một bộ ph n c a mạch điện gồm các ph n tử n i tiếp nhau trong đó

có cùng dòng điện chạy qua

Bước 3: Viết phư ng trình K1 cho (n-1) nút đ chọn

Bước 4: Viết phư ng trình K2 cho (m-(n+1)) = (m-n+1) mạch vòng độc l p đ chọn Bước 5: Giải hệ m phư ng trình đ thiết l p ta có dòng điện các nhánh

Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ có: E1 = 125V; E2 = 90V; R1 = 3; R2 = 2; R3= 4 Tìm dòng điện trong các nhánh và điện áp đặt vào tải R3

Hình 2 - 16

Giải:

Bước 1: m = 3 n = 2

Bước 2: Chọn chiều dòng điện I1 , I2 ,I3như hình vẽ

Bước 3: Viết phư ng trình Kirchhoff 1 cho điểm A :

 10

1 3 3 1

1 R I R E

 3.

.2

R

R I E

.3

R

E R I

Như v y chiều th c c a I2ngược với chiều đ chọn

Điện áp đặt vào tải R3:

2.2.5 Phương pháp dòng điện mạch vòng

Ẩn s trong hệ phư ng trình là dòng điện mạch vòng (ẩn s trung gian)

Bước 1: Xác định (m-n+1) mạch vòng độc l p và tùy chọn chiều dòng điện mạch

vòng IV thông thường nên chọn chiều các dòng điện mạch vòng gi ng nhau thu n tiện cho việc l p hệ phư ng trình

Bước 2: Viết phư ng trình K2 cho các mạch vòng theo các dòng điện mạch vòng đ

chọn

Bước 3: Giải hệ phư ng trình vừa thiết l p ta có các dòng điện mạch vòng

Bước 4: Tính dòng điện các nhánh theo dòng điện mạch vòng như sau: Dòng điện mỗi

nhánh bằng t ng đại s dòng điện mạch vòng chạy qua nhánh ấy

Ví dụ: Xác định dòng điện các nhánh c a mạch điện như hình 2-17 Biết E1 120V;

U AB  3.R3 20.480

9 b  c   

I

Từ (4) và (5) rút ra Ia; Ib rồi thay vào (6) ta tính được I c 5,4A

Thay vào (4) rút ra: Ia 16 , 86   A

10

9 4 , 5 120

110  



Dòng điện trong các nhánh:

 A I

I1  a 16,86 ; I2 I b 17,68 A ; I3 I c 5,4 A

 A I

I

I4  a  c 16,865,411,46 I5 I c I b 17,685,423,08 A

2.2.6 Phương pháp điện áp nút

Bước 1: Xác định s nút n

Bước 2: Chọn 1 nút bất kỳ có điện thế biết trước

Bước 3: Tính t ng dẫn c a các nhánh n i từ mỗi nút và tính t ng dẫn chung c a các nhánh gi a hai nút và điện dẫn c a các nhánh có nguồn

Bước 4: Thành l p hệ phư ng trình điện thế nút

Bước 5: Giải hệ phư ng trình ta được điện thế c a mỗi nút

Bước 6: Tính dòng điện trong các nhánhVí dụ 1: Viết phư ng trình K1 K2 cho mạch điện sau:

Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ có : E1 = 125V; E2 = 10V; R1 = 3; R2 = 2; R3 = 4 Tìm dòng điện trên các nhánh điện áp đặt vào tải R3 bằng pp điện thế nút

g g

g E g E g

g E

1 3 1

2

90 3

125

.

3 2 1

2 2 1 1 A

E

3

80125

R1

1

1     

 A U

E

2

8090

Số nhánh m = 6; Số nút n = 4:

Viết phương trình như sau:

Số phương trình K1 là (n-1)= 3

Số phương trình K2 là (m-n+1)= 3

Viết phương trình K1 cho các nút A, B và C

i1 - i2 - i6 = 0 i2 + i3 + i4 = 0

i6 - i5 - i4 = 0

Viết phương trình K2 cho các vòng ABNA, BCNB và CABC

-e1(t) + uR1 + uR2 + uL2 – uC + e2(t) = 0

Giải hệ phư ng trình trên ta được: i1= -4(A); i2= 1(A); uJ = 50(V)

2.2.7 Phép biến đổi mạng một cửa (hai cực) khơng nguồn

Hình 2 - 22

Biến đ i sang mạch tư ng đư ng

Từ hình sau khi biến đ i ta có:

2 3

2 3

( // )

2.2.8 Phép biển đổi Thevenin – Norton

Biến đ i mạng một c a (hai c c) có nguồn

Hình 2 - 23

Trong đó:

RV: Là điện trở đ u vào c a mạng không nguồn

E: Điện áp trên hai c c A B khi không có tải

J: Dòng điện trên hai c c A B khi ngắn mạch

Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ Tính dòng điện trên các nhánh

Hình 2 - 24

Th c hiện biến đ i Thevenin-Norton ta được hình sau:

Hình 2 - 25

Viết phương trình K2 cho mạch, ta có:

-24 + i(12+2) + 10 = 0 Suy ra: i = 1(A), suy ra i1 = i + 5 = 6(A)

Bài tập cuối chương :

2.1 Phát biều định lu t Ohm (nhánh thu n trở, nhánh gồm điện trở và sức điện

động)? Viết cơng thức

2.2 Phát biều định lu t Joule - Lenz? Viết cơng thức

2.3 Phát biều định lu t Faraday? Viết cơng thức

2.4 Phát biều định lu t Kirchooff 1, 2? Viết cơng thức

2.5 Các bước giải mạch điện bằng phư ng pháp xếp chồng?

2.6 Các bước giải mạch điện bằng phư ng pháp dịng điện nhánh?

2.7 Các bước giải mạch điện bằng phư ng pháp dịng điện mạch vịng?

2.8 Các bước giải mạch điện bằng phư ng pháp dịng điện thế nút?

2.9 Tìm nhiệt lượng toả ra trong điện trở R = 20, trong thời gian 1 giờ, khi dịng

điện chạy qua điện trở I = 10A

2.10 Một cuộn dây cĩ 10 vịng quay trong từ trường c a một nam châm, biết cuộn

dây quay với v n t c gĩc là =314 rad/s và sau thời gian t từ thơng xuyên qua vịng

d y là: Φt=0,004cos314t Wb Tính Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây

2.11 Một thanh dẫn cĩ chiều dài tác dụng l=0,5m, nằm trong từ trường B=1,4T

người ta làm nĩ chuyển động với v n t c v=20m/s thẳng gĩc với từ trường Hai

đ u thanh dẫn n i với một điện trở R=0,5 ohm làm thành mạch kín, coi điện trở c a thanh dẫn khơng đáng kể.Tìm Sức điện động cảm ứng

2.12 Một tải cĩ điện trở R = 19Ω đấu vào nguồn điện một chiều cĩ E = 100V điện

trở trong Rtr= 1Ω Tính dịng điện I điện áp U và cơng suất P c a tải?

2.13 Cho một nguồn điện một chiều cĩ sức điện động E = 50V điện trở trong Rtr =

0 1Ω Nguồn điện cung cấp điện cho tải cĩ điện trở R Biết cơng suất t n hao trong nguồn điện là 10W Tính dịng điện I điện áp U gi a 2 đ u tải điện trở R và cơng

suất P tải tiêu thụ

2.14 Một nguồn điện cĩ sức điện động E và điện trong Rtr = 0 5Ω cung cấp điện cho tải cĩ điện trở R Biết điện áp c a tải U = 95 V, cơng suất tải tiêu thụ P = 950W Tính sức điện động E và điện trở tải R

2.15 Để cĩ điện trở tư ng đư ng là 150Ω người ta đấu song song 2 điện trở R1= 330

Ω và điện trở R2 Tính giá trị c a R2

2.16 Hai điện trở R1 = 100Ω và R2 = 47Ω đấu song song, biết dòng điện ở mạch chính I = 100mA Tính dòng qua các điện trở R1, R2

2.17 B n điện trở R1, R2, R3, R4 mắc n i tiếp nhau đấu vào nguồn điện áp U = 12V ( điện trở trong bằng 0 OHM) Dòng điện trong mạch I = 25mA điện áp trên các điện trở R1, R2, R3 l n lượt là 2,5 V, 3 V và 4,5 V

Vẽ s đồ cách đấu dây, cách mắc Ampe kế và Vôn kế để đo các đại lượng trên Tính điện áp U4 trên điện trở R4 Tính giá trị các điện trở R1, R2, R3, R4

2.18 Cho mạch điện như hình 2.1 Tính công suất trên điện trở R?

2.24 Cho mạch điện như hình 2.7 có : E1 = 125V; E2 = 10V; R1 = 3; R2 = 2;

R3=4 Tìm dòng điện trên các nhánh điện áp đặt vào tải R3 bằng pp điện thế nút

- Nguồn điện một chiều và chiều quy ước, dòng điện một chiều, điện áp

- Một số yếu tố cấu thành mạch điện

- Cường độ điện trường

- Một số định luật về mạch điện (Định luật ôm, Định luật Joule – Lenz…)

- Một số phương pháp giải mạch điện (Phương pháp biến đổi tương đương, áp dụng định luật…)

+ Về k n ng:

- Giải bài tập cơ bản về mạch điện một chiều

+ Thái độ: T m cẩn th n chính xác

2 Phư ng pháp:

- Kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết trắc nghiệm

- K n ng: Đánh giá k n ng tính toán các bài t p

- Thái độ: Đánh giá phong cách học t p

CHƯƠNG 3 : DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN

Mã chương MH07 - 03 Giới thiệu:

Ở chư ng trước ta đ nghiên cứu về mạch điện một chiều các phư ng pháp giải

Từ đó là c sở để tính toán các mạch điện cụ thể trước hết ta xét mạch quan trọng và thường gặp là mạch tuyến tính ở chế độ xác l p với dạng kích thích c bản nhất là kích thích điều hòa vì mọi kích thích chu kỳ không điều hòa đều có thể ph n tích thành

t ng các kích thích điều hòa có t n s và biên độ khác nhau H n n a, đa s các nguồn trên th c tế như máy phát điện đều là nguồn phát mặt khác ứng với các kích thích điều hòa tuyến tính thì đáp ứng c ng sẽ là điều hòa khiến cho việc tính toán khảo sát rất đ n giản

Khi mạch điện là mạch tuyến tính ở chế độ xác l p với kích thích điều hòa thì mô hình c a nó được giải ở dạng véc t hoặc s phức C n phải nêu nh ng phư ng pháp

để giải cho ra nh ng đáp ứng c a mạch điện trong bài này chúng ta tiến hành ph n tích và giải mạch điện một pha ở chế độ nói trên

Mục tiêu:

Giải thích được các khái niệm c bản trong mạch xoay chiều như: chu kỳ t n s pha s lệch pha trị biên độ trị hiệu dụng Ph n biệt các đặc điểm c bản gi a dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều

- Biểu diễn đại lượng hình sine bằng phư ng pháp biên độ phức

- Tính toán được các thông s (t ng trở dòng điện điện áp ) c a mạch điện xoay chiều một pha không ph n nhánh và ph n nhánh; Giải được các bài toán cộng hưởng điện áp cộng hưởng dòng điện

- Ph n tích được nghĩa c a hệ s công suất và các phư ng pháp n ng cao hệ s công suất Tính toán giá trị tụ bù ứng với hệ s công suất cho trước

- Rèn luyện tính cẩn th n t m trong tính toán

3.1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều

3.1.1 Dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều là dòng điện biến đ i cả chiều và trị s theo thời gian

3.1.2 Chu kỳ và tần số của dòng điện xoay chiều

Là s chu kỳ c a dòng điện th c hiện được trong 1 gi y

1

f T



Đ n vị là Hertz (Hz)

Trong công nghiệp t n s thông thường f=50Hz Tuy nhiên ở một s nước khác (M

và một s nước T y Âu ) sử dụng t n s f=60Hz

3.1.3 Dòng điện xoay chiều hình sin

Dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy lu t hình sin theo thời gian gọi là dòng điện xoay chiều hình sin: i = Imsin(  t   )

Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng điện xoay chiều đ n giản nhất nên được sử dụng rông r i Từ đ y nếu không có giải thích gì thêm thu t ng “Dòng điện xoay chiều” là ch “Dòng điện xoay chiều hình sin”

3.1.4 Các đại lƣợng đặc trƣng

Trị s tức thời c a dòng điện xoay chiều hình sin:

i = Imsin(  t   )Trong đó:

Im>0 : Biên độ

 >0 : T n s góc đ n vị đo là radian/gi y (rad/s)

(   t  ): Góc pha tại thời điểm t đ n vị đo là radian hoặc độ

 : Góc pha ban đ u đ n vị đo là radian hoặc độ

Ta có   ( t u) (  t i) u  i: được gọi là góc lệch pha gi a điện áp

   : Điện áp và dòng điện vuông pha nhau

- Nếu      : Điện áp và dòng điện ngược pha nhau

3.1.6 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng đồ thị vectơ

Từ biểu thức tức thời c a dòng điện:

i = Imaxsin(ti)

Ta thấy khi t n s đ cho nếu biết trị s hiệu dụng I và

goác pha ban đ u  thì dòng điện i hoàn toàn xác định

Từ toán học véct được đặc trưng bởi độ dài (độ l n

môđun) và góc (acgument) từ đó ta có thể dùng vect để

Trong đó URlà trị s hiệu dụng c a điện áp trên điện trở R

So sánh biểu thức gi a i và uR ta thấy: Dòng điện và điện áp có cùng t n s và trùng pha nhau Góc lệch pha gi a điện áp và dòng điện bằng 0 Đồ thị dòng điện điện áp được biểu diễn

Ldi u