Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề Điện tử công nghiệp CĐTC)

Môn học cung cấp những kiến th c c bản về các bộ ph n cấu thành mạch điện một chiều và oay chiều, những phư ng pháp biểu di n và giải mạch điện từ đ n giản đến ph c tạp bằng các phư ng p

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP

(Ban hành kèm theo Quy ết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 7 năm 2017

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2017

LỜI GIỚI THIỆU

thu t điện là một trong những môn học c s c a nghề Điện tử công nghiệp

đã được biên soạn d a th o chư ng trình khung đã y d ng và ban hành năm 20

c a trư ng Cao đ ng nghề Đồng Tháp trước đ y dành cho nghề Điện tử công nghiệp

hệ Cao đ ng và Trung cấp

Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học t p, giảng dạy trình độ Cao đ ng nên tài liệu đã được y d ng m c độ đ n giản và d hiểu, trong m i bài học đều có thí dụ và bài t p tư ng ng để áp dụng và làm sáng t ph n l thuyết

hi biên soạn, ngư i viết đã 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 những kiến th c 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 th i gian đào tạo 45 tiết gồm có:

Chư ng MH09-01: Các khái niệm c bản về mạch điện

Chư ng 2 MH09-02: Mạch điện một chiều

Chư ng 3 MH09-03: Từ trư ng và cảm ng điện từ

Chư ng 4 MH09-04: Dòng điện oay chiều hình sin

Chư ng 5 MH09-05: Mạch điện phi tuyến

Phạm Bảo Nhân

MỤC LỤC

T UYÊN BỐ BẢN QUYỀN………1

Chư ng CÁC HÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 6 1.1 Mạch điện và mô hình 6

1.1.1 Mạch điện 6

1.1.2 Các hiện tượng điện từ 6

1.1.3 Mô hình mạch điện 7

1.2 Các khái niệm c bản trong mạch điện 9

1.3 Các phép biến đ i tư ng đư ng 10

1.3.1 Biến đ i điện tr n i tiếp, song song 10

1.3.2 Biến đ i nguồn 11

1.3.3 Phép biến đ i sao - tam giác 11

Chư ng 2 MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 14 2.1 Các định lu t và biểu th c c bản trong mạch điện một chiều 16

2.1.1 Định lu t Ohm 16

2.1.2 Công suất và điện năng trong mạch điện một chiều 17

2.1.3 Định lu t Joul -Lenz 17

2.1.2.1 Định lu t Joul _L nz dạng thư ng 17

2.1.2.2 Định lu t Joul _L nz dạng vi ph n 18

2.1.4 Định lu t Faraday 18

2.1.5 Hiện tượng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện) 19

2.1.6 Định lu t irchhoff ( ) 20

2.1.7 Định lu t irchhoff 2 ( 2) 20

2.2 Các phư ng pháp giải mạch điện một chiều 21

2.2.1 Phư ng pháp biến đ i điện tr 21

2.2.2 Phư ng pháp ếp chồng 21

2.2.3 Phư ng pháp ng dụng định lu t irchhoff 22

2.2.4 Phư ng pháp dòng điện nhánh 23

2.2.5 Phư ng pháp dòng điện mạch vòng 24

2.2.6 Phư ng pháp điện áp nút 25

2.2.7 Phép biến đ i mạng một cửa (hai c c) không nguồn 27

2.2.8 Phép biển đ i Th v nin – Norton 28

Chư ng 3 TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 37 3.1 Đại cư ng về từ trư ng 37

3.2 Từ trư ng c a dòng điện 38

3.3 Các đại lượng đặc trưng c a từ trư ng 39

3.4 L c từ 40

3.5 Hiện tượng cảm ng điện từ 42

3.6 Hiện tượng t cảm và h cảm 45

Chư ng 4 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 51 4.1 hái niệm về dòng điện oay chiều 51

4.2 Giải mạch điện oay chiều không ph n nhánh 55

4.3 Mạch oay chiều 3 pha 72

4.4 Giải mạch oay chiều ph n nhánh 81

Chư ng 5 MẠCH ĐIỆN PHI TUYẾN 109 5.1 Mạch điện phi tuyến 108

5.2 Mạch điện có dòng điện không sin 112

5.3 Mạch lọc điện 114

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số môn học: MH 09 I.Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

Môn học được b trí sau khi học sinh học ong các môn học chung, trước các

mô đun nghề Đ y là môn học l thuyết c s giúp cho học sinh có khái niệm ban đ u

về chuyên ngành điện và điện tử Môn học cung cấp những kiến th c c bản về các bộ

ph n cấu thành mạch điện một chiều và oay chiều, những phư ng pháp biểu di n và giải mạch điện từ đ n giản đến ph c tạp bằng các phư ng pháp khác nhau d a trên những c s l thuyết khác nhau Học t t môn học này, học sinh sẽ có c s để tiếp thu t t h n các môn học c s và chuyên ngành khác c a chư ng trình đào tạo chuyên ngành điện tử công nghiệp

+ Trình bày được các khái niệm c bản về từ trư ng, v t liệu từ, các m i liên hệ giữa từ trư ng và các đại lượng điện, ng dụng các mạch từ trong k thu t

+ Có năng l c đánh giá kết quả học t p và nghiên c u c a mình

+ T học t p, tích l y kiến th c, kinh nghiệm để n ng cao trình độ chuyên môn + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, t m , chính ác trong học t p

III Nội dung môn học:

1 Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra(thường xuyên

chiều

2.Giải mạch oay chiều không

phân nhánh

3.Mạch oay chiều 3 pha

4 Giải mạch oay chiều ph n

Mạch điện phi tuyến

2 Mạch điện có dòng điện không

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC

Tên môn học: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã môn học: MH09

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun:

- Vị trí: Môn học k thu t điện được b trí học trước các môn học, mô đun MĐ ;

Mục tiêu của môn học/mô đun:

+ R n luyện tính t m , c n th n, chính ác, v n dụng được vào th c ti n

+ Ch động và tích c c th c hiện nhiệm vụ trong quá trình học t p, th c hiện nội quy an toàn và vệ sinh công nghiệp

Nội dung của môn học/mô đun:

Chương 1 CÁC KHÁI NI ỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

Mã chương: MH 09 - 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 lư ng, đóng cắt

- Giải thích được cách y d ng mô hình mạch điện, các ph n tử chính trong mạch điện

- Ph n tích và giải thích được các khái niệm c bản trong mạch điện, hiểu và

v n dụng được các biểu th c tính toán c bản

- Ph n biệt được ph n tử l tư ng và ph n tử th c

- R n luyện tính c n 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 ảy ra các quá trình truyền đạt, biến đ i năng lượng

M i ph n tử trong mạch th c hiện một ch c năng ác 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 năng Về nguyên l , nguồn điện là thiết bị biến

đ i các dạng năng lượng như c năng, hóa năng, nhiệt năng,… thành điện năng Ví dụ: Máy phát điện, ắc quy, pin mặt tr i …

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

năng lượng khác như c năng, nhiệt năng, quang năng, … Ví dụ: động c điện, bếp điện, đ n điện…

- C c c a ph n tử điện là các đ u ra Ph n tử có thể 2 c c, 3 c c, 4 c c, …

- Trên các c c c a ph n tử có dòng điện, điện áp và công suất

1.1.2 Các hiện tượng điện từ

Các hiện tượng điện từ c a thiết bị điện gồm rất nhiều như: tiêu tán, phóng thích, tạo sóng, tạo ung, phát c năng, khuếch đại, ch nh lưu… Tuy nhiên, ét về th c ti n có thể ph n tích mọi quá trình trao đ i năng lượng thành nhóm các hiện tượng c bản sau

đ y:

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

từ thành các dạng năng lượng khác như: c năng, nhiệt năng… (t c là vùng tiêu thụ mất năng lượng c a trư ng điện từ)

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

- Hiện tượng tích phóng năng lượng điện trư ng là vùng năng lượng điện từ t p trung vào vùng điện trư ng 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 y d ng từ các ph n tử mạch l

tư ng sau đ y:

o

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

tán năng lượng điện từ Công suất tiêu tán P = RI2

- hiệu ph n tử điện tr R (hình -1)

- Với quan hệ u = Ri(V)

- Đ n vị điện tr R là Ohm[]

Hình 1 - 1

o Phần tử điện cảm L: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng

tích phóng năng lượng từ trư ng

1/ 2 *

W  Li

- hiệu ph n tử điện cảm L (hình -2)

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

phong tích năng lượng trư ng từ, được gọi là điện cảm

- Đ n vị điện cảm L là H nry [H]

Hình 1 - 2

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

tích phóng năng lượng điện trư ng

- hiệu ph n tử điện dung C(hình -3)

1/ 2 *

W  CU

- 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 (t)

- hiệu ph n tử nguồn áp (hình -4)

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

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

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

cho hiện tượng nguồn, do có khả năng 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 -6a)

(VCVS – Voltage Controlled Voltage source)

- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào u1 c a mạch

- Với u2 = u1; : không th nguyên

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

(CCVS – Current Controlled Voltage source)

- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào dòng i1c a mạch

- Với u2 = r.i1; r: th nguyên (Ohm)

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

(VCCS – Voltage Controlled Current source)

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

điện i2 phụ thuộc vào điện áp u th o hệ th c

Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào u1 c a mạch

- Với i2=gu : g th nguyên S(Si m n) hay   1

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

(CCVS – Current Controlled Current source)

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

- Với i2 = i1:  không th nguyên

Hình 1 - 6

1.2 Các khái niệm cơ bản trong mạch điện

Cư ng 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

- Cư ng 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 th i gian

- Đ n vị cư ng độ dòng điện là Amp r (A)

- hiệu: i

- Trong tính toán i là đại lượng đại s k m th o 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:

Hình 1 - 7 Dạng tín hiệu dòng điện một chiều và oay chiều Điện áp

- Là công sinh ra khi 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 oay chiều Công suất (P)

Trong mạch điện, một nhánh, một ph n tử có thể nh n năng lượng hoặc phát năng lượng hi 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 năng lượng c a nhánh Ở th i điểm th i nào

đó nếu :

- P = u.i > 0 : nhánh phát năng lượng

- P= u.i < 0 : nhánh nh n năng lượng

hi dòng điện có đ n vị là Amp (A) và điện áp có đ n vị là Vôn (Volt: V) thì công suất có đ n vị là Watt(W)

Ví dụ

Công suất một chiều P = U.I

Công suất oay 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 tr ghép n i tiếp

Hình 1 - 9 Điện tr ghép n i tiếp

o Điện tr ghép song song

Hình 1 - 10 Điện tr 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, E3 mang dấu “dư ng” (vì có chiều cùng với chiều dư ng đã chọn) và E2 có dấu “ m” (vì có chiều ngược với chiều dư ng

đã 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 J3 có dấu “dư ng” Ngược lại J2 có 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:

1.3 Viết công th c biến đ i tư ng đư ng điện tr sao – tam giác? Tam giác – sao?

1.4 Có một dụng cụ nung nóng, khi điện áp c a lưới là 220V thì dòng chạy trong đó

là 5A Hãy tính năng lượng điện trong ngày đêm (24h)

1.5 Ba bóng đ n có điện tr R1 = 60 ; R2 = 120 ; R3 = 150 ; đấu song song, đặt vào điện áp U = 20V Tính điện tr tư ng đư ng, dòng điện qua m i bóng trong mạch chính

Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm về dòng điện một chiều, khái niệm về mạch điện

- Giải thích được cách y d ng mô hình mạch điện, các ph n tử chính trong mạch điện

- Tính toán được các thông s (điện tr , dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng) c a mạch DC một nguồn, nhiều nguồn từ đ n giản đến ph c tạp

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

- R n luyện tính c n 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 th o th i 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 th o th i gian gọi là dòng điện không đ i

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

v t dẫn

dQ i dt



Hình 2 - 1

Đ n vị c a dòng điện là Amp (A)

Ngư i ta qui ước chiều c a dòng điện chạy trong v t dẫn ngược chiều với chiều chuyển động c a điện tử

o Điện áp

Tại m i điểm trong mạch điện có một điện thế  Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi là điện áp U, đ n vị là Vôn (V)

Hình 2 - 2

Chiều c a điện áp qui ước là chiều có điện thế cao đến chiều có điện thế thấp

Điện áp giữa hai c c c a nguồn điện khi h mạch ngoài (dòng điện I=0) được gọi là

s c điện động E

o Công suất

Công suất c a nguồn s c điện động là:

P=EI Công suất c a mạch ngoài là:

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 tr

Định lu t Ohm nói lên m i liên hệ giữa dòng điện qua một đoạn mạch và điện áp giữa 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 trư ng đều có cư ng độ là:

U l

 

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

I S

   

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:

g: được gọi là điện dẫn c a đoạn mạch

Từ biểu th c trên ta thấy: Dòng điện qua một đoạn d y dẫn tỷ lệ với điện áp giữa 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 tr , k hiệu R

U

U I R

Được tính th o công th c: U = (R).I - E

S c 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 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 t c th i được ác định th o công th c sau

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

p(t) < 0: ph n tử phát ra năng lượng

Đ n vị: Wats (W)

Đ n vị c a năng lượng là Jounl (J)

Công suất trên điện tr R :

Công suất trên điện dung C: :

Công suất trên điện cảm L:

2.1.3 Định luật Joule-Lenz

2.1.2.1 Định luật Joule_Lenz dạng thường

Ta biết rằng v t dẫn nóng lên khi có dòng điện chạy qua nó Joul và L nz đồng th i, bằng th c nghiệm đã tìm ra công th c ác định nhiệt lượng t a ra trên v t dẫn R khi

có dòng điện I chạy qua nó trong th i gian t

Q=RI2t

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

đ i chạy qua t lệ với điện tr R, với bình phư ng cư ng độ dòng điện và với th i gian

t dòng điện đi qua d y dẫn

Đ i với dòng điện biến đ i th o th i gian i(t), ta có thể tính nhiệt lượng t a raa trên đoạn mạch có điện tr R sau th i gian t bằng công th c:

Đó là s t a nhiệt làm hao phí vô ích trong nguồn điện, trong các d y dẫn truyền tải điện năng 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 di n định lu t Joul _L nz dưới dạng vi

ph n để tính nhiệt lượng t a ra trong v t dẫn bất kỳ Trong trư ng 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 th i gian, được k hiệu w

Hiện tượng cảm ng điện từ do Faraday phát hiện năm 93 ,

nội dung định lu t phát biểu: hi từ thông uyên qua vòng

d y biến thiên, trong vòng d y sẽ uất hiện s c điện động,

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

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

Hình 2 - 6

Nếu chọn chiều dư ng c a sđđ cảm ng phù hợp với chiều c a từ thông  theo quy tắc vặn nút chai sđđ cảm ng trong một vòng d y được viết th o Mac o n như sau:

Hãy ác định trị s và chiều s c điện động cảm

ng 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 uyên qua m i vòng d y 0,5 Wb/s

Hình 2 - 7

 Bài t p áp dụng 2:

Một cuộn d y 0 vòng hình chữ nh t quay trong từ trư ng

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

góc  = 3 4 rad/s và sau th i gian t từ thông uyên qua

vòng dây là  = 0.004cos3 4t (Wb) Tính s c điện động

cảm ng trong cuộn d y

Hình 2 - 8

2.1.5 Hiện tượng 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 hai m i hàn là T1 và T2 khác nhau, khi

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

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

T1 và T2

Hình 2 - 9

Hiệu ng nhiệt điện được ng dụng để đo nhiệt độ T1 khi biết trước nhiệt độ T2,

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 nói lên tính chất liên tục

u







Dấu c a điện áp được ác định d a trên chiều dư ng c a điện áp đã chọn so với chiều

c a vòng Chiều c a vòng được chọn tuỳ (cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ) Trong m i 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 2 cho mạch sau:

Hình 2 - 11

Theo vòng C1: -E1 + uR1 + uR2 + uR3 + uR4 = 0

Theo vòng C2: -E2 + uR5 + uR3 = 0

 uR1 + uR2 + uR3 + uR4 = E1

 uR5 + uR3 = E2

2.2 Các phương pháp giải mạch điện một chiều

2.2.1 Phương pháp biến đổi điện trở

Tính bằng phư ng pháp ếp chồng th c hiện th o 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 th o và l p lại các bước và 2 cho m i

Bước 2: Tính I1, I2, I3 cho mạch ch có E1 tác động

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

Bước 3: Tính I1, I2, I3cho mạch ch có E2tác động

Áp dụng phư ng pháp điện tr 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 năng để biến đ i thành các dạng năng lượng khác như c năng (động c điện), nhiệt năng (bàn i điện, bếp điện, ấm điện), quang năng (đ n 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 ph c 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 cho (n- ) nút đã chọn

Bước 4: Viết phư ng trình 2 cho (m-(n+1)) = (m-n+ ) mạch vòng độc l p đã chọn Bước 5: Giải hệ m phư ng trình đã thiết l p, ta có dòng điện các nhánh

Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ có: E = 25V; E2 = 90V; R = 3; R2 = 2; R3= 4 Tìm dòng điện trong các nhánh và điện áp đặt vào tải R3

Hình 2 - 16

Giải:

Bước : m = 3, n = 2

Bước 2: Chọn chiều dòng điện I1 , I2 ,I3 như hình vẽ

Bước 3: Viết phư ng trình irchhoff cho điểm A :

 10

1 R I R E

 3

.2

R

R I E

.3

R

E R I

Như v y, chiều th c c a I2 ngược với chiều đã 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 ( n s trung gian)

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

vòng IV, thông thư ng 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 2 cho các mạch vòng th o các dòng điện mạch vòng đã

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 th o dòng điện mạch vòng như sau: Dòng điện m i

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

2 9 4 0 (6)4



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

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 m i nút

Bước 6: Tính dòng điện trong các nhánhVí dụ : Viết phư ng trình , 2 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

  V g

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

-uL1 + uL3 + uR3 - e2(t) + uC= 0

Giải hệ phương 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

Biến đ i sang mạch tư ng đư ng

Từ hình sau khi biến đ i, ta cĩ:

2 3

2 3

( // )

2.2.8 Phép biển đổi Thevenin – Norton

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

Hình 2 - 23

Trong đĩ:

RV: Là điện tr đ u vào c a mạng khơng nguồn

E: Điện áp trên hai c c A, B khi khơng cĩ tải

J: Dịng điện trên hai c c A, B khi ngắn mạch

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

Hình 2 - 24

Th c hiện biến đ i Th v nin-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)

Các ví dụ minh họa

Bài 1: Cho mạch điện như hình 2.3 :

Hình 2.3 : Bài t p Tìm: Điện áp V1 ; Công suất trên điện tr 2 ?

1)3

16

1)8

110

1(

b a

Bài 3: Cho mạch điện như hình 2.33:

Tính công suất trên điện tr R?

3

u

u

2V.4

34

64

u

A 4

3 4

3

Ap dụng phư ng pháp thế nút ta có:

Ua =8(V) ; Ub=12(V); I= 2(A)

6

12R

; 2 8

16

; 6 8

Bài tập cuối chương :

2.1 Phát biều định lu t Ohm (nhánh thu n tr , nhánh gồm điện tr và s c điện động)? Viết công th c

2.2 Phát biều định lu t Joule - Lenz? Viết công th c

2.3 Phát biều định lu t Faraday? Viết công th c

2.4 Phát biều định lu t Kirchooff 1, 2? Viết công th c

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

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

2.7 Các bước giải mạch điện bằng phư ng pháp dòng điện mạch vòng?

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

2.9 Tìm nhiệt lượng toả ra trong điện tr R = 20, trong th i gian 1 gi , khi dòng điện chạy qua điện tr I = 10A

2.10 Một cuộn dây có 10 vòng quay trong từ trư ng c a một nam châm, biết cuộn dây quay với v n t c góc là =314 rad/s và sau th i gian t từ thông xuyên qua vòng

d y là: Φt=0,004cos314t Wb Tính S c điện động cảm ng trong cuộn dây

2.11 Một thanh dẫn có chiều dài tác dụng l=0,5m, nằm trong từ trư ng B=1,4T ngư i ta làm nó chuyển động với v n t c v=20m/s th ng góc với từ trư ng Hai

đ u thanh dẫn n i với một điện tr R=0,5 ohm làm thành mạch kín, coi điện tr c a thanh dẫn không đáng kể.Tìm S c điện động cảm ng

2.12 Một tải có điện tr R = 9Ω đấu vào nguồn điện một chiều có E = 00V, điện

tr trong Rtr = Ω Tính dòng điện I, điện áp U và công suất P c a tải?

2.13 Cho một nguồn điện một chiều có s c điện động E = 50V, điện tr trong Rtr =

0, Ω Nguồn điện cung cấp điện cho tải có điện tr R Biết công suất t n hao trong

nguồn điện là 0W Tính dòng điện I, điện áp U giữa 2 đ u tải, điện tr R và công suất P tải tiêu thụ

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

2.15 Để có điện tr tư ng đư ng là 50Ω, ngư i ta đấu song song 2 điện tr R1= 330

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 tr R4 Tính giá trị các điện tr R1, R2, R3, R4

2.18 Cho mạch điện như hình 2 Tính công suất trên điện tr R?