Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp học viên phát biểu được các khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha. Giáo trình được chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: các khái niệm cơ bản của mạch điện; mạch điện một chiều;... Mời các bạn cùng tham khảo!
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành theo Quyết định số: /QĐ….ngày ……tháng… năm 2019 ……của…… Ninh Bình, năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình mạch điện đƣợc biên soạn sở chƣơng trình đào tạo nghề Điện công nghiệp đƣợc chỉnh sửa phê duyệt Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy trình độ Cao đẳng đƣợc biên soạn theo nguyên tắc quan tâm đến: tính định hƣớng thị trƣờng lao động, tính hệ thống khoa học, tính ổn định linh hoạt, hƣớng tới liên thông, chuẩn đào tạo nghề khu vực giới, tính đại sát thực với sản xuất Nội dung giáo trình gồm chƣơng: Chƣơng 1: Các khái niệm mạch điện Chƣơng 2: Mạch điện chiều Chƣơng 3: Dòng điện xoay chiều hình sin Chƣơng 4: Mạch ba pha Áp dụng việc đổi phƣơng pháp dạy học, giáo trình biên soạn phần lý thuyết thực hành Giáo trình đƣợc biên soạn theo hƣớng mở, kiến thức rộng cố gắng tính ứng dụng nội dung đƣợc trình bày Trên sở tạo điều kiện để trƣờng sử dụng cách phù hợp với điều kiện sở vật chất Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, ban biên soạn mong đƣợc góp ý bạn đọc để giáo trình đƣợc hồn thiện Ninh Bình, ngày tháng năm 2019 Chủ biên Ths Phạm Thị Hƣơng Sen MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN Mã môn học: MH 08 III NỘI DUNG MÔN HỌC: CHƢƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mạch điện mơ hình 1.1 Mạch điện 1.2 Các tƣợng điện từ 1.3 Mơ hình mạch điện 10 1.3.1 Phần tử điện trở 10 1.3.2 Phần tử điện cảm 11 1.3.3 Phần tử điện dung 11 1.3.4 Phần tử nguồn 12 1.3.5 Phần tử thật 13 Các khái niệm mạch điện 13 2.1 Dòng điện chiều qui ƣớc dòng điện 13 2.2 Cƣờng độ dòng điện 14 2.3 Mật độ dòng điện 15 Các phép biến đổi tƣơng đƣơng 15 3.1 Ghép nguồn chiều 15 3.1.1 Mắc nối tiếp 15 3.1.2 Mắc song song 16 3.1.3 Mắc hỗn hợp 16 3.2 Ghép phụ tải chiều 18 3.2.1 Điện trở mắc nối tiếp 18 3.2.2 Điện trở mắc song song 18 3.3 Biến đổi - Y Y - 18 CHƢƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 20 Các định luật biểu thức mạch chiều 20 1.1 Định luật Ohm 20 1.2 Công suất điện mạch chiều 20 1.3 Các định luật Kirchooff 22 1.3.1 Các khái niệm (nhánh, nút, vòng) 22 1.3.2 Các định luật Kirchooff 23 1.4 Định luật Joule -Lenz (định luật ứng dụng) 24 1.5 Định luật Faraday (hiện tƣợng; định luật ứng dụng) 25 1.6 Hiện tƣợng nhiệt điện (hiện tƣợng ứng dụng) 27 Các phƣơng pháp giải mạch chiều 29 2.1 Phƣơng pháp biến đổi điện trở 29 2.2 Phƣơng pháp xếp chồng dòng điện 30 2.3 Phƣơng pháp dòng điện nhánh 31 2.4 Phƣơng pháp dòng điện vòng 32 2.5 Phƣơng pháp điện nút 33 Thí nghiệm mạch điện chiều 36 CHƢƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 43 Khái niệm dòng điện xoay chiều 43 1.1 Dòng điện xoay chiều 43 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều 43 1.3 Nguyên lý tạo sđđ xoay chiều hình sin pha 44 1.4 Các đại lƣợng đặc trƣng 45 1.5 Pha lệch pha 46 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 51 2.1 Giải mạch R-L-C 51 2.1.1 Mạch xoay chiều trở 51 2.1.2 Mạch điện có điện cảm L 52 2.1.3 Mạch xoay chiều dung 54 2.1.4 Mạch xoay chiều có RLC mắc nối tiếp 56 2.2 Giải mạch có nhiều phần tử mắc nối tiếp 58 2.3 Cộng hƣởng điện áp 60 Giải mạch xoay chiều phân nhánh 61 3.1 Phƣơng pháp đồ thị véc-tơ (phƣơng pháp Fresnel) 61 3.2 Phƣơng pháp tổng dẫn 62 3.3 Cộng hƣởng dòng điện 64 Hệ số công suất 65 4.1 Định nghĩa ý nghĩa hệ số công suất 65 4.2 Các biện pháp nâng cao cos 66 Khái niệm số phức 68 5.1 Khái niệm phép tính số phức 68 5.1.1 Khái niệm 68 5.1.2 Một số phép tính số phức 68 5.2 Biểu diễn lƣợng hình sin số phức 69 5.3 Phức tổng trở 69 Giai mạch xoay chiều số phức 70 6.1 Các định luật KIẾC KHỐP dƣới dạng phức 70 6.2 Phƣơng pháp biến đổi điện trở 70 6.3 Giải mạch xoay chiều phƣơng pháp dòng nhánh 71 6.4 Giải mạch xoay chiểu phƣơng pháp dòng vòng 72 Thí nghiệm mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp 73 7.1 Mục tiêu 73 7.2 Nội dung 73 CHƢƠNG 4: MẠCH BA PHA 84 Khái niệm chung 84 1.1 Hệ thống ba pha đối xứng 84 1.2 Đồ thị dạng sóng đồ thị véc tơ 85 1.3 Đặc điểm ý nghĩa 85 Sơ đồ đấu dây mạch ba pha đối xứng 86 2.1 Các định nghĩa 86 2.2 Đấu dây hình (Y) 87 2.3 Đấu dây hình tam giác () 89 Đấu phụ tải ba pha hình 91 3.1 Mạch ba pha có dây trung tính 91 3.1.1 Mạch ba pha khơng đối xứng có trở kháng đƣờng dây 91 3.2 Mạch ba pha dây trung tính 93 3.2.1 Công suất mạng ba pha cân 93 3.2.2 Mạch ba pha có phụ tải nối hình 95 3.2 Mạch ba pha dây trung tính 96 Đấu phụ tải ba pha hình tam giác 98 4.1 Phụ tải không cân 98 4.2 Phụ tải cân 99 Mạch ba pha có nhiều phụ tải mắc nối tiếp song song 100 Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha 101 6.1 Mục tiêu 101 6.2 Nội dung 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN Mã mơn học: MH 09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học mạch điện đƣợc bố trí học sau mơn học chung học trƣớc mơn học, mơ đun chun mơn nghề - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, thuộc môn học đào tạo nghề Mục tiêu môn học: * Về kiến thức: - Phát biểu đƣợc khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha - Giải thích đƣợc số ứng dụng đặc trƣng theo quan điểm kỹ thuật điện * Về kỹ năng: - Tính tốn đƣợc thơng số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha trạng thái xác lập độ - Vận dụng đƣợc phƣơng pháp phân tích, biến đổi mạch để giải toán mạch điện hợp lý - Vận dụng phù hợp định lý phép biến đổi tƣơng đƣơng để giải mạch điện phức tạp * Về lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện tính cận thận, tỉ mỉ tính tốn q trình học tập III NỘI DUNG MƠN HỌC: Nội dung tổng quát bổ thời gian: Thời gian (giờ) Số TT Tên chƣơng, mục Tổng Lý số thuyết Chƣơng Các khái niệm mạch điện Mạch điện mơ hình Các khái niệm mạch điện Các phép biến đổi tƣơng đƣơng Kiểm tra 13 3 1 Thực hành, thí Kiểm nghiệm, thảo tra luận, tập 3 1 Chƣơng Mạch điện chiều Các định luật biểu thức mạch chiều Các phƣơng pháp giải mạch chiều 20 12 3 4 Thời gian (giờ) Số TT Tên chƣơng, mục Tổng Lý số thuyết Thí nghiệm mạch điện chiều Kiểm tra Chƣơng Dòng điện xoay chiều hình sin Khái niệm dịng điện xoay chiều Giải mạch xoay chiều không phân nhánh Giải mạch xoay chiều phân nhánh Kiểm tra Hệ số công suất Khái niệm số phức Giải mạch điện xoay chiều số phức Thí nghiệm mạch xoay chiều RLC nối tiếp Kiểm tra Thực hành, thí Kiểm nghiệm, thảo tra luận, tập 1 30 13 15 2 5 2 1 1 5 1 Chƣơng Mạch ba pha Khái niệm chung Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân Đấu phụ tải ba pha hình ( Y) Kiểm tra Đấu phụ tải ba pha hình tam giác ( Δ ) Giải mạch ba pha có nhiều phụ tải đấu song song Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha Kiểm tra Cộng 27 13 1 2 4 1 2 1 90 12 42 42 CHƢƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mã chƣơng: MH09.01 Giới thiệu: Ở chƣơng ta làm quen với khái niệm mạch điện, phép biến đổi tƣơng đƣơng nhằm đƣa mạch điện dạng đơn giản Mục tiêu: - Phân tích đƣợc nhiệm vụ, vai trò phần tử cấu thành mạch điện nhƣ: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lƣờng, đóng cắt - Giải thích đƣợc cách xây dựng mơ hình mạch điện, phần tử mạch điện Phân biệt đƣợc phần tử lý tƣởng phần tử thực - Phân tích giải thích đƣợc khái niệm mạch điện, hiểu vận dụng đƣợc biểu thức tính tốn Nội dung chính: Mạch điện mơ hình Mục tiêu: - Phân tích đƣợc nhiệm vụ, vai trị phần tử cấu thành mạch điện nhƣ: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lƣờng, đóng cắt - Giải thích đƣợc tƣợng điện từ xảy mạch điện - Nhận biết đƣợc thiết bị sử dụng đƣợc dụng cụ đo mạch điện 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện đƣợc nối lại với dây dẫn tạo thành mạch vịng kín, dịng điện chạy qua Mạch điện thƣờng gồm thành phần sau: nguồn điện, phụ tải, dây dẫn a Nguồn điện: thiết bị phát điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lƣợng khác (nhƣ năng, quang năng, nhiệt ) thành điện Ví dụ: Pin, ăcquy biến đổi hoá thành điện Máy phát điện biến đổi thành điện Pin mặt trời biến đổi lƣợng xạ mặt trời thành điện b Phụ tải (tải): thiết bị tiêu thụ điện biến đổi điện thành dạng lƣợng khác ( nhƣ năng, nhiệt năng, quang ) Ví dụ: Động điện tiêu thụ điện biến điện thành Bàn là, bếp điện biến điện thành nhiệt Bóng điện biến điện thành quang c Dây dẫn: có nhiệm vụ truyền tải điện (từ nguồn tới phụ tải tiêu thụ) dùng để nối thành phần mạch điện Ngồi yếu tố mạch điện cịn có thiết bị phụ trợ khác để: Đóng cắt điều khiển mạch điện nhƣ cầu dao, aptomat, côngtăc Đo lƣờng đại lƣợng mạch điện nhƣ ampe kế, vơn kế, ốt kế Bảo vệ mạch điện nhƣ cầu chì, rơle, aptơmát 1.2 Các tƣợng điện từ Các tƣợng điện từ có nhiều dạng nhƣ: tách sóng, tạo hàm, tạo sóng, biến áp, khuếch đại… Tuy nhiên xét theo quan điểm lƣợng trình điện từ mạch điện quy hai tƣợng lƣợng tƣợng biến đổi lƣợng tƣợng tích phóng lƣợng điện từ 1.2.1 Hiện tƣợng biến đổi lƣợng Hiện tƣợng biến đổi lƣợng gồm hai loại: Hiện tƣợng nguồn: tƣợng biến đổi dạng lƣợng nhƣ năng, hoá năng… thành lƣợng điện từ Hiện tƣợng tiêu tán: tƣợng biến đổi lƣợng điện từ thành dạng lƣợng khác nhƣ nhiệt, cơ, quang, hố năng… tiêu tán khơng hồn trở lại mạch 1.2.2 Hiện tƣợng tích phóng lƣợng Hiện tƣợng tích phóng lƣợng điện từ tƣợng mà lƣợng điện từ đƣợc tích phóng vào vùng khơng gian có tồn trƣờng điện từ đƣa từ vùng trở lại bên ngồi Để thuận tiện cho trình nghiên cứu, ngƣời ta coi tồn trƣờng điện từ thống gồm mặt thể điện trƣờng từ trƣờng Vì tƣợng tích phóng lƣợng điện từ gồm tƣợng tích phóng lƣợng điện trƣờng tƣợng tích phóng lƣợng từ trƣờng Dịng điện trƣờng điện từ có liên quan chặt chẽ với nên thiết bị xảy tƣợng: biến đổi tích phóng lƣợng Nhƣng thiết bị tƣợng lƣợng xảy mạch tƣợng lƣợng Ví dụ: ta xét phần tử điện trở thực, tụ điện, cuộn dây, ắcquy Trong điện trở thực: chủ yếu xảy tƣợng tiêu tán biến đổi lƣợng trƣờng điện từ thành nhiệt Nếu trƣờng điện từ biến thiên khơng lớn bỏ qua dịng điện dịch (giữa vòng dây quấn lớp điện trở) so với dòng điện dẫn bỏ qua sức điện động cảm ứng so với sụt áp điện trở, nói cách khác bỏ qua tƣợng tích phóng lƣợng tích phóng lƣợng điện từ Trong tụ điện chủ yếu là: tƣợng tích phóng lƣợng điện trƣờng Ngồi điện mơi cốt tụ có độ dẫn điện hữu hạn nên tụ xảy tƣợng tiêu tán biến đổi điện thành nhiệt Trong cuộn dây chủ yếu là: tƣợng tích phóng lƣợng từ trƣờng Ngồi dịng điện gây tổn hao nhiệt dây dẫn cuộn dây nên cuộn dây xảy tƣợng tiêu tán Trong cuộn dây cịn xảy tƣợng tích phóng lƣợng điện trƣờng nhƣng thƣơng yếu bỏ qua tần số làm việc không lớn Trong ăcquy là: xảy tƣợng nguồn biến đổi từ hoá sang điện năng, đồng thời xảy tƣợng tiêu tán biến đổi từ điện thành nhiệt 1.3 Mơ hình mạch điện Mạch điện gồm nhiều phần tử, làm việc nhiều tƣợng điện từ xảy phần tử Khi tính tốn ngƣời ta thay mạch điện thực mơ hình mạch điện Mơ hình mạch điện sơ đồ thay mạch điện thực, q trình lƣợng điện từ kết cấu hình học giống nhƣ mạch thực Mơ hình mạch điện gồm nhiều phần tử lý tƣởng đặc trƣng cho trình điện từ mạch đƣợc ghép nối với tuỳ theo kết cấu mạch Sau ta xét phần tử lý tƣởng mơ hình mạch điện 1.3.1 Phần tử điện trở Đặc trƣng cho vật dẫn mặt cản trở dòng điện Về lƣợng, điện trở R đặc trƣng cho trình biến đổi tiêu thụ điện thành dạng lƣợng khác nhƣ năng, quang năng, nhiệt Kí hiệu: R Hình 1.1 Kí hiệu điện trở Đơn vị điện trở (ơm), k = 103 Cho dịng điện i chạy qua điện trở R gây sụt áp điện trở u R Theo định luật Ơm quan hệ dịng điện i điện áp uR là: uR = i.R Công suất tiêu thụ điện trở p = uR.i = i2.R Nhƣ điện trở R đặc trƣng cho công suất tiêu tán điện trở Điện tiêu thụ điện trở khoảng thời gian t 10 Bản chất kim loại đƣợc tiếp xúc: Kim loại khác mật độ điện tử khác mức độ khuếch tán điện tử qua lớp tiếp xúc khác Nhiệt độ chỗ tiếp xúc: Khi nhiệt độ tăng mức khuếch tán tăng lên Bằng thực nghiệm ngƣời ta thấy khoảng nhiệt độ không lớn (vài trăm độ) hiệu điện tiếp xúc tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối chỗ tiếp xúc U tx C.T T nhiệt độ tuyệt đối chỗ tiếp xúc (oK), To(oK) = 273+(oC) C hệ số nhiệt phụ thuộc vào kim loại tiếp xúc Ví dụ 2.3: đồng- congstangtan C 41,8V /độ, Platin- platinpharodi C 6,4V /độ Để lấy đƣợc hiệu điện tiếp xúc, ta phải nối kín mạch đầu hình thành mối tiếp xúc A &B (thực ta có nhiều mối tiếp xúc, chẳng hạn A,B,C,D… nhƣng mối C, D… không ảnh hƣởng đến kết ta xét chúng có nhiệt độ) Gọi nhiệt độ mối A T1, mối B T2 hiệu điện tiếp xúc mối là: Trong đó: U tx1 C.T1 C.(273 1 ) U tx C.T2 C.(273 ) Trong mạch kín có sức điện động (s.đ.đ) gọi s.đ.đ nhiệt điện E hiệu hiệu tiếp xúc E U tx1 U tx C.(T1 T2 ) C.(1 ) “S.đ.đ nhiệt điện tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ đầu tiếp xúc phụ thuộc vào chất kim loại tiếp xúc 1 Etx = Chính coi mối tiếp xúc C D nhiệt độ s.đ.đ nhiệt điện mối tạo Dòng điện s.đ.đ nhiệt sinh gọi dòng điện nhiệt b Ứng dụng Hiệu ứng nhiệt điện đƣợc ứng dụng để chế tạo pin nhiệt điện hay cặp nhiệt điện Pin nhiệt điện gồm kim loại khác (hay bán dẫn) đƣợc hàn với đầu đặt vào nơi có nhiệt độ cao (gọi đầu nóng), cịn đầu đặt nhiệt độ thấp (gọi đầu lạnh) S.đ.đ nhiệt điện pin đƣợc dùng để đo lƣờng Hình vẽ nhiệt kế dùng pin nhiệt điện: Đầu a đặt vào nơi có nhiệt độ cần đo, đầu b tiếp xúc với môi trƣờng Coi nhiệt độ môi trƣờng không đổi s.đ.đ pin tỷ lệ với nhiệt độ điểm a nên cấu đo C cho biết nhiệt độ cần đo 28 a b C Hình 2.6 Đo nhiệt độ pin nhiệt điện Các phƣơng pháp giải mạch chiều 2.1 Phƣơng pháp biến đổi điện trở Phƣơng pháp biến đổi điện trở chủ yếu để giải mạch điện có nguồn Nội dung dùng phép biến đổi tƣơng đƣơng (nhƣ mắc nối tiếp, mắc song song, mắc hình sao, mắc hình tam giác) để đƣa mạch điện phân nhánh mạch điện khơng phân nhánh tính dịng điện, điện áp, cơng suất Ngồi kết hợp với phƣơng pháp khác để đơn giản hóa sơ đồ, làm cho việc giải mạch điện dễ dàng Ví dụ 2.4: Cho mạch điện nhƣ hình vẽ biết R1 = R2 = R3 = 2, R4 = R5 = R6 = 6, tính điện trở tƣơng đƣơng toàn mạch A Giải: A R4 RA R1 R6 o B RC R3 R2 B C C RB R5 Hình 2.7 Mạch điện ví dụ 2.4 Ta sử dụng phép biến đổi điện trở R1, R2, R3 mắc Y thành ∆ Vì R1 = R2 = R3 = 2, nên R12 = R23 = R31 = 3.2= 6 R 3 n R Vì R23 // R5 R23 = R5 nên: RB 3 n R Vì R31 // R6 R31 = R6 nên: RC 3 n Vì R12 // R4 R12 = R4 nên: RA Lại có (RB nt RC) // RA 29 Vậy Rtd ( R B RC ).R A (3 3).3 18 2 ( RB RC ) R A (3 3) 2.2 Phƣơng pháp xếp chồng dòng điện Các bƣớc thực Bƣớc 1: Thiết lập mơ hình mạch điện nguồn tác động, nguồn khác coi khơng Bƣớc 2: Tính dòng điện, điện áp nhánh nguồn tác động Bƣớc 3: Thiết lập mơ hình mạch điện cho nguồn tác động, nguồn khác coi không lặp lại bƣớc Bƣớc 4: Xếp chồng (cộng đại số) kết nguồn tác động riêng rẽ Ví dụ 2.5: Cho mạch điện biết R1= 2, R2= 4, R3= 4 E1= 40V, E3= 16V Tính dịng điện nhánh I1 I2 I3 R3 R2 R1 E1 E3 Hình 2.8 Mạch điện ví dụ 2.5 Giải: Bƣớc 1: Thiết lập mơ hình mạch điện nguồn E1 tác động, coi E3 =0 Bƣớc 2: Tính dịng điện, điện áp nhánh nguồn E1 tác động Ta có: (R2 // R3) nt R1 A R R23 2 n Rtm = R1 + R23 = +2 = 4 E 40 I 10 A Rtm I1' I 2' I 3' R1 R2 R3 ' E1 U AB I1' R23 10.2 20V I 2' I 3' U AB 20 A (Vì R2 = R3) R2 B Hình 2.9 Mạch điện ví dụ 2.5 E1 tác động Bƣớc 3: Thiết lập mơ hình mạch điện cho nguồn E3 tác động, coi E1 =0 lặp lại bƣớc C Ta có: (R1 // R2) nt R3 I1'' R R2 2.4 I 2'' I 3'' R12 R1 R2 24 R1 16 Rtm R12 R3 3 R3 R2 E3 30 D E3 16 3A Rtm 16 U CD I 3'' R12 3V U I1'' AB A R1 I 3'' Hình 2.10 Mạch điện ví dụ 2.5 E3 tác động I 2'' U AB 1A R2 Bƣớc 4: Xếp chồng (cộng đại số) kết nguồn E1, E3 tác động riêng rẽ, ta có I1 I1' I1'' 10 A I I 2' I 2'' A I3 I3' I3'' 5 2 A I3< nên chiều thực I3 ngƣợc với chiều chọn 2.3 Phƣơng pháp dòng điện nhánh Các bƣớc thực hiện: Bƣớc 1: Xác định số nhánh m=?, số nút n=? chọn chiều dòng điện nhánh Bƣớc 2: Viết phƣơng trình Kirchooff cho (n-1) nút chọn Bƣớc 3: Viết phƣơng trình Kirchooff cho (m - n + 1) mạch vòng độc lập Bƣớc 4: Giải hệ phƣơng trình Kirchooff ta tìm đƣợc ẩn số dịng điện nhánh I1 I2 I3 Ví dụ 2.6: Cho mạch điện nhƣ hình vẽ R3 R2 R1 R1= 2, R2= 4, R3= 4 E1= 40V, E3= 16V a b E E3 Tính dịng điện nhánh Hình 2.11 Mạch điện áp dụng phương pháp dòng điện nhánh Giải: Bƣớc 1: Mạch điện có số nhánh m=3, số nút n=2 chọn chiều dòng điện nhánh I1, I2, I3 Bƣớc 2: Phƣơng trình Kirchooff cho (n-1)= 2-1=1 nút A I1 - I2 + I3 = (1) Bƣớc 3: Phƣơng trình Kirchooff cho (m - n +1)= 3-2+1 = mạch vòng độc lập a, b I1.R1 I R2 E1 (2) I R3 I R2 E3 (3) Bƣớc 4: Giải hệ phƣơng trình Kirchooff : 31 I1 I I 0(1) I1.R1 I R2 E1 (2) I R I R E (3) 3 2 I1 I I 0(1) Thay số 2 I1 I 40(2) 4 I I 16(3) I1 I I 0(1) I1 I 20(2) I I 4(3) (2) I1 20 2I (3) I3 I Thay vào (1) ta có: (20 2I ) I ( I 4) 4I 24 I A I1 20 2I 20 2.6 A I3 I 2 A I1 A Vậy I A I 2 A 2.4 Phƣơng pháp dòng điện vòng Các bƣớc thực hiện: Bƣớc 1: Xác định số nhánh m=?, số nút n=? chọn chiều dịng điện mạch vịng Bƣớc 2: Viết phƣơng trình Kirchooff cho (m - n + 1) mạch vòng độc lập theo dòng điện mạch vòng Bƣớc 3: Giải hệ phƣơng trình Kirchooff ta tìm đƣợc ẩn số dịng điện mạch vịng Bƣớc 4: Tìm dịng điện nhánh nhƣ sau: “Dòng điện nhánh tổng đại số dòng điện mạch vòng qua nhánh ấy” Ví dụ 2.7: Cho mạch điện biết I1 I2 I3 R1= 2, R2= 4, R3= 4 E1= 40V, E3= 16V R3 R2 R1 Tính dịng điện nhánh E1 Ia Ib E3 Hình 2.12 Mạch điện áp dụng phương pháp dòng điện vòng Giải: Bƣớc 1: Mạch điện có số nhánh m=3, số nút n=2 chọn chiều dòng điện mạch vòng Ia, Ib Bƣớc 2: Phƣơng trình Kirchooff cho (m - n + 1)= - + = mạch vòng độc lập a, b theo dòng điện mạch vòng Ia, Ib I a ( R1 R2 ) I b R2 E1 (1) I a R2 I b ( R2 R3 ) E3 (2) (2 4) I a I b 40(1) 4 I a (4 4) I b 16(2) thay số 32 6 I a I b 40() 6 I a I b 40(1) 3I a I b 20(1) 4 I a I b 16(3) 4 I a 8I b 16(2) I a I b 4(2) (1) (2) 2I a 16 I a A Thay vào (2) I b Ia 2 A 2 I1 A Vậy I A I 2 A 2.5 Phƣơng pháp điện nút Phƣơng pháp sử dụng ẩn số trung gian điện nút để thiết lập hệ phƣơng trình Biết điện nút, ta dễ dàng tính dịng điện nhánh Xét mạch điện: Hình 2.13 Mạch điện áp dụng phương pháp điện nút Tuỳ ý chọn trƣớc điện điểm coi biết trƣớc Thƣờng lấy điện điểm không Ở chọn điện điểm C không: c = Dựa vào định luật Ohm ta có dịng điện nhánh I1 = I2 = I3 = E1 A R1 A I4 = I5 = R2 B R4 E5 B R5 A B R3 Định luật Kirchooff nút A: I1 - I2 - I3 = E1 A A A B 0 R1 R2 R3 1 1 A B E1 R1 R1 R2 R3 R3 33 Định luật Kirchooff điểm B: I3 - I4 - I5 = A B R3 B R4 E5 B 0 R5 1 A B E5 R3 R3 R4 R5 R5 1 Gọi: GA = : Tổng dẫn nhánh nối với nút A R1 R2 R3 1 GB = : Tổng dẫn nhánh nối với nút B R3 R4 R5 GAB = : Tổng dẫn chung nút A B R3 G1 = R1 : Điện dẫn nhánh G5 = R5 : Điện dẫn nhánh Hệ phƣơng trình điện nút là: GAA - GABB = G1E1 -GABA + GBB = -G5E5 Giải hệ phƣơng trình ta có điện nút, từ tính đƣợc dịng điện nhánh Các bƣớc để giải mạch điện theo phƣơng pháp điện nút là: Bƣớc 1: Xác định số nút n Bƣớc 2: Chọn nút có điện biết trƣớc Bƣớc 3: Tính tổng dẫn nhánh nối với nút GA, GB… tổng dẫn chung nhánh nút GAB…và điện dẫn nhánh có nguồn G1, G5 Bƣớc 4: Lập hệ phƣơng trình điện nút Bƣớc 5: Giải hệ phƣơng trình ta có điện nút Bƣớc 6: Sử dụng định luật Ohm tính dịng điện nhánh Ví dụ 2.8: Giải mạch điện hình 1 1 GA = 0,00663 R1 R2 R3 470 680 330 1 1 GB = 0,01403 R4 R5 R6 330 1000 100 0,00303 GAB = R3 300 34 1 G1 = R1 470 GAB = R5 100 Hệ phƣơng trình điện nút 4,5 470 7 -0,00303A + 0,01403B = 100 0,00663A - 0,00303B = Giải hệ phƣơng trình ta có: A = -0,928V; B = -5,19V Từ tính đƣợc dịng điện nhánh I1 = I2 = I3 = I4 = I5 = E1 A 4,5 0,928 0,01155 A R1 470 A R2 0,928 0,00136 A 680 A B R2 B R4 0,928 5,19 0,01219 A 330 5,19 0,00519 A 100 E5 B 5,19 0,0181A R5 100 Phƣơng pháp điện nút đƣợc sử dụng mạch điện có nhiều nhánh nút Đặc biệt mạch có nút ta dễ dàng tính điện nút Hình 2.14 Mạch điện áp dụng phương pháp điện nút Chọn B = điện nút A ẩn số GAA = G1 E1 + G3 E3 GA = 1 0,07892 47 22 82 G1 = R1 47 G3 = R3 35 82 G1E1 + G3E3 = 0,27374 Vậy, phƣơng trình điện nút A là: 0,07892A = 0,27374 Giải ta có: A = 3,468V Dịng điện nhánh I1 = I2 = I3 = E1 A 10 3,468 0,139 A R1 47 ¢ R2 3,468 0,158 A 22 E3 A 3,468 0,0187 A R3 82 Thí nghiệm mạch điện chiều Nội dung: Hƣớng dẫn sử dụng thiết bị dụng cụ đo Lắp ráp, kiểm tra, đo đạc thông số mạch điện Hình thức tổ chức thực hiện: Đƣợc tổ chức thực hành xƣởng thực tập Sinh viên quan sát thao tác mẫu giáo viên Thực tập theo nhóm từ đến sinh viên a Giới thiệu số dụng cụ đo, thiết bị, an toàn điện Các thiết bị dụng cụ Bao gồm: Ampe mét, vôn mét DC, đồng hồ vạn b Thực hành phép biến đổi tƣơng đƣơng mạch điện đo điện áp, dòng điện 36 * Vật tƣ, thiết bị: STT Vật tƣ, thiết bị Ôm kế VOM Vôn kế Ampe mét Điện trở có trị số thay đổi 200 Dây nối Số lƣợng 03 03 03 03 Sơ đồ: R2 R1 R3 Hình 2.15 Mắc điện trở nối tiếp R1 R2 R3 Hình 2.16 Mắc điện trở song song Các bước thực hiện: Bƣớc 1: Kiểm tra thiết bị Bƣớc 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bƣớc 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bƣớc 4: Tiến hành đo đạc tính tốn Ghi vào bảng kết quả: 37 Thứ tự R1 R2 R3 R123 Thứ tự R1 R2 R3 R123 Thứ tự I1 I2 Kết đo Rnt Kết tính Rnt Kết đo R// Kết tính R// Kết đo I3 UR1 UR2 UR3 Mạch // Mach nối tiếp c Nhận xét, đánh giá 38 I1 I2 Kết tính I3 UR1 UR2 UR3 Câu hỏi ôn tập tập 2.1 Nguồn điện gì? Tải gì? Hãy cho ví dụ nguồn điện tải 2.2 Phát biểu định luật Ohm 2.3 Phát biểu định luật Kirchooff 2.4 Các bƣớc giải mạch điện phƣơng pháp dòng điện nhánh 2.5 Các bƣớc giải mạch điện phƣơng pháp điện điểm nút 2.6 Cho E = 100V; R = 10; I = 5A Tính điện áp U sơ đồ hình 2.17 a, b Đáp số: Hình 2.17 Mạch điện tập 2.6 a UAB = 150V b UBA = 50V 2.7 Cho E = 50V; R = 5; U = 40V Tính dịng điện sơ đồ hình a, b Hình 2.18 Mạch điện tập 2.7 Đáp số: a I = 18A b I = 2A 2.8 Một tải có điện trở R = 19 đấu vào nguồn điện chiều có E = 100V, điện trở Rtr = 1 Tính dịng điện I, điện áp U công suất P tải Đáp số: I = 5A; U = 95V; P = 475W Cho nguồn điện chiều có sức điện động E = 50V; điện trở Rtr = 0,1 Nguồn điện cung cấp điện cho tải có điện trở R Biết cơng suất tổn 39 hao nguồn điện 10W Tính dịng điện I, điện áp U cực nguồn điện, điện trở R công suất P tải tiêu thụ Đáp số: I = 10A; U = 49V; R = 4,9; P = 490W 2.10 Một nguồn điện có sức điện động E điện trở Rtr = 0,5, cung cấp điện cho tải có điện trở R Biết điện áp tải U = 95V; công suất tải tiêu thụ P = 950W Tính E, R Đáp số: E = 100V; R = 9,5 2.11 Bốn điện trở R1, R2, R3, R4 mắc nối tiếp dầu vào nguồn điện áp U = 12V (điện trở khơng) Dịng điện mạch I = 25mA, điện áp điện trở R1, R2, R3 2,5V; 3V; 4,5V Vẽ sơ đồ cách đấu dây, cách mắc ampe kế, vôn kế để đo đại lƣợng Tính điện áp U4 điện trở R4 Tính điện trở R1, R2, R3, R4 Đáp số: U4 = 2V; R1 = 100; R2 = 120; R3 = 180; R4 = 80 2.12 Biết số số ampe kế hình Xác định số ampe kế A A2 Hình 2.19 Mạch điện tập 2.12 Đáp số: IA1 = 3,5A; IA2 = 2,5A 2.13 Để có điện trở (tƣơng đƣơng) 150, ngƣời ta đấu song song hai điện trở R1 = 330 R2 Tính R2 Đáp số: R2 = 275 2.14 Hai điện trở R1 = 100 R2 = 47 đấu song song, biết dòng điện mạch I = 100mA Tính dịng điện qua điện trở R1, R2 Đáp số: I1 = 32mA; I2 = 68mA 40 2.15 Dùng phép biến đổi tƣơng đƣơng, tính đƣờng dịng điện nhánh sơ đồ hình vẽ Tính cơng suất nguồn cơng suất điện trở Cho U = 80V; R = 1,25; R1 = 6; R2 = 10 Đáp số: I1 = 10A; I2 = 6A; I = 16A; P = UI = 1280W; PR = 320W PR1 = 600W; PR2 = 360W Ta thấy P = PR + PR1 + PR2 Hình 2.20 Mạch điện tập 2.15 2.16 Tính dịng điện I cơng suất nguồn sơ đồ hình B1.16 Cho U = 120V; R1 = R2 = R3 = 2; R4 = R5 = R6 = 6 Đáp số: I = 60A; P = 7,2W Hình 2.21 Mạch điện tập 2.16 2.17 Cho mạch điện sơ đồ hình vẽ Hãy giải mạch điện phƣơng pháp sau: a Phƣơng pháp dòng điện nhánh b Phƣơng pháp điện nút (chọn điểm nút B có điện khơng) Cho E1 = 200V; R1 = 2; E2 = 170V; R2 = 10; R3 = 20 41 Hình 2.22 Mạch điện tập 2.17 Đáp số: Chọn chiều dịng điện nhánh nhƣ hình vẽ a I1 = 10A; I3 = 9A; I2 = -1A (chiều dòng điện I2 (nhánh 2) ngƣợc với chiều vẽ) b Lập phƣơng trình điện nút A, giải A = 180V; Từ có UAB = A - B = 180 - = 180V áp dụng định luật Ơm cho nhánh ta có: I1 = 10A; I2 = -1A; I3 = 9A 42 ... 1. 1 Mạch điện 1. 2 Các tƣợng điện từ 1. 3 Mơ hình mạch điện 10 1. 3 .1 Phần tử điện trở 10 1. 3.2 Phần tử điện cảm 11 1. 3.3 Phần. .. 1. 11 Các điện trở mắc song song 3.3 Biến đổi - Y Y - 1 R1 R3 o R 31 R2 R12 R23 Hình 1. 12 Các điện trở mắc hình – tam giác Biến đổi Y Biến đổi Y R12 R1 R2 R1 R2 R3 R1 18 R 31. R12... ABC (R1, R2, R0) thành RA, RB, RC (hình 1. 31) RA = R1 R2 12 .6 2 R1 R2 R0 12 18 RB = R1 R2 12 .18 6 R1 R2 R0 12 18 RC = R0 R2 18 .6 3 R1 R2 R0 12 18 Điện trở