Lý thuyết mạch Dùng cho bậc TCCN

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU NỔI TIẾP (DC)

Mạch điện trở mắc nối tiếp

Xét mạch điện trở mắc nối tiếp hình 1.1 a ta có:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 1

Trong đó, Rt là điện trờ tương đương của mạch điện trờ mắc nối tiếp. Mạch hình 1 la —*mạch hình l.lb.

Công suất phát của nguồn: p = EI

Công suất tiêu thụ trên các phần tử điện trở:

Công suất tiêu thụ trên toàn mạch:

Ví du 1.1: Cho mạch điện hình 1.2.

Tính: a) Điện trở tương đương và dòng điện ừong mạch. ỷ b) Sụt áp trên mỗi điện trở. c) Công suất tiêu hao trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch.

Giàng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 2

'iũỉliẹu mun nụu JL,1 J.11 a) Điện trở tương đương và dòng điện trong mạch:

Rr 10 b) Sụt áp trên mỗi điện trở:

V a =ỈR< x4 = 407. c) Công suất tiêu hao trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch:

1.3 Định luật Kirchoff 1 (Định luật Kirchoff về điện áp)

> Phát biếu: Trong một mạch kín bất kỳ tổng đại số các nguồn điện thế và các điện áp rơi bằng không.

, X,A , * Biêu thức cùa định luật Kirchoff vê điện áp cho mạch 1.3 là:

Định luật Kirchhoff có thể được diễn đạt như sau: Trong một mạch kín, tổng đại số của các nguồn điện thế bằng tổng các điện áp rơi Công thức biểu diễn mối quan hệ này là E = iR.

- Nguồn DC mắc nối tiếp:

- Nguồn DC mắc nối tiếp ngược cực tính:

Ví dụ 1.2: Xác định giá trị Vị trong mạch điện hình 1.6. e2

Biểu thức của định luật Kirchoff về điện áp cho mạch 1.6 là:

Tài liệu mon nọc LI 1 nu

Ví du 1.3: Xác định giá trị VAB trong mạch điện hĩnh 1.7.

Cách 1: Dùng nhánh bên trái để tìm VAB:

= 40r Cách 2: Dùng nhánh bên phải để tìm VAB:

Luật chia điện áp

Ví du 1.4: Cho mạch điện hình 1.9 dùng luật chia áp tính giá trị các điện áp rơi

Hình 1.9 Điện áp tổng đặt trên R1 và R2: E = E1+E2= 25+35` (V).

Nối nguồn và đất

Nối đất trong các mạch điện thông thường được xem là điện áp tham chiếu và bàng 0 volt.

Nổi đất và các kỷ hiệu đơn:

Tài liệu mon học Lỉ jr^

Ví du 1.5: Cho mạch điện hình 1.15 Tính giá trị điện áp giữa hai điểm X và Y.

Vx = điện áp đo được tại điểm X so với đất, ví dụ, Vx = 60 V.

Vy = điện áp đo được tại điểm Y so với đất, ví dụ, Vy = 20 V.

Vx > Vy Dòng điện chày từ X sang Y.

Ví dụ 1.6: Cho mạch điện hình 1.16 Xác định gía trị điện áp Vxy- vx 6Q Vy 2Q

Dòng điện chảy từ X sang Y.

1.6 Điện trở nội của nguồn áp

Nguồn điên áp (sức điện động ký hiệu là E và điện trở nội kí hiệu ỉà r)

Sơ đồ thay thế nguồn điện gồm sức điện động E nối tiếp với điện trở nội r (hình 1.17).

Tài liệu mon nọc LI -

Ví dụ 1.7: Cho mạch điện hình 1.18a Xác định giá trị điện áp trên tải R Cho E24V, r =1Q, R=7Q.

Mạch hình 1.18a tương đương với mạch hình 1.18b: Điện trở tương đương toàn mạch: R-T=R+r = 7+1=8Q

Dòng điện chảy trong mạch: I = —— = — = 3 A £24

Rj- 8 Điện áp trên tải R: Vr=I.R=3.7!V.

Mạch điện một chiều nối tiếp.

1.1 Tính các giá trị điện áp rơi v2, v3, v4 trên các phần tử điện trở và giá trị nguồn điện áp E trong hình 1.1B.

1.2 Tìm điện trở R3 và điện áp E2 cho mạch hình 1.2B.

1.3 Tìm các thông số chưa biết cho mạch bình 1.3B.

1.4 Tìm điện trở R và điện áp E cho mạch hình 1.4B.

1.5 Cho mạch đ’ện hình 1.5B Tính các giá trị: a)Điện trở tương đương của mạch b)Dòng điện chảy ra từ nguồn DC c)Các điện áp rơi V], v2 và v3 dùng luật chia áp d)Công suất tiêu hao trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch.

1.6 Cho mạch hình 1.7B, sử dụng luật chia áp tìm điện áp giữa hai điểm X và Y Xác định điểm nào dương.

Giảng viên NGUYỀN THỊ PHONG Trang 11

Điện trờ nội của nguồn áp

Ổ?“Mục tiêu: Sau bài học này học sinh có khả năng:

Tỉnh được tong trở của mạch điện một chiều mắc song song.

Y' Áp dụng định luật Ohm và định luật Kirchoff 2 giải mạch điện một chiều. s Áp dụng ẩuợc qui luật chia dòng giải mạch diện một chiều.

Y Tỉnh được dòng phân nhảnh và dòng tổng trong mạch diện một chiều.

K Tính được công suất các phần tử và cùa toàn mạch và trong mạch điện một chiều mac song song.

Y Áp dụng nguyên tắc biến doi noi tiếp, song song, biến dổi sao -tam giác giải mạch diện một chiều hỗn hợp.

Chương này sẽ khám phá mạch điện trở mắc song song với nguồn cung cấp DC Tương tự như mạch nối tiếp, cần tính toán các thông số cơ bản như điện trở tương đương, dòng điện ở từng nhánh, dòng điện tổng và công suất tiêu thụ trên các điện trở mắc song song.

2.2 Mạch điện trử mắc song song

Xét mạch điện trở mắc song song hình 2.la ta có:

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU SONG SONG (DC)

Tổng quan

Chương này sẽ khám phá mạch điện trở mắc song song với nguồn DC, tương tự như mạch nối tiếp Cần tính toán các thông số cơ bản như điện trở tương đương của mạch, dòng điện nhánh, dòng điện tổng, và công suất tiêu hao trên các điện trở trong mạch song song.

2.2 Mạch điện trử mắc song song

Xét mạch điện trở mắc song song hình 2.la ta có:

Giàng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 12 ÍK

Trong đó, Rt là điện trở tương đương của mạch điện trở mắc song song.

Công sưất phát của nguồn: p = EI.

Công suất tiêu thụ trên các phần tử điện trờ:

Công suất tiêu thụ trên toàn mạch:

Trong bài tập này, chúng ta sẽ phân tích mạch điện hình 2.2 để xác định các thông số quan trọng Đầu tiên, cần tính điện trở tương đương của mạch để hiểu rõ hơn về cách hoạt động của nó Tiếp theo, chúng ta sẽ xác định dòng điện I chảy qua mạch Sau đó, cần tính toán các dòng điện nhánh II, I2 và I3 để biết được phân bố dòng trong mạch Cuối cùng, chúng ta sẽ tính công suất trên mỗi điện trở và tổng công suất của toàn bộ mạch để đánh giá hiệu suất hoạt động.

Giải: a) Điện trở tương đương của mạch:

RT Rỵ R2 R3 4 6 12 2 ->R t = 2(fì). b) Dòng điện I:

R t 2 c) Các dòng điện nhánh II, I2, I3:

, = A 3 d) Công suất trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch:

2.3 Định luật Kirchoff 2 (Định luật Kirchoff về dòng điện)

❖ Phát biểu: “Tổng đại số các dòng điện tại một điểm nối (hay tại một nút) bàng không”.

Hoăc : Tại một nút, tổng dòng điện vào nút bằng tổng dòng điện ra khỏi nút. out •

Giảng viên NGUYỄN THỈ PHONG Trang 14

Ví dụ 2.2: Cho mạch điện hình 2.3, tìm độ lớn và chiều của các dòng điện I3,I7,16 và I4.

Dùng định luật Kirchoff về dòng điện:

I4 chảy ra từ C(ra khỏi nút C)

V = IRT ■Ml 1 R, Ã ị + R‘ Rỵ + R2 Rỵ Rỵ + R- r _ K _ J RlR2 1 1 _ R2 l

Ví dụ 2.3; Sơ đồ mạch điện hình 2.5a sau đây, tính điện áp rơi trên hai đầu X và

Y, và xác định đầu có điện thế cao hơn.

Kết họp E] và E2 và vẽ lại mạch như hình 2.5b sau:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 16 tacĂi:

—>(Y có điện thế cao hơn).

2.5 Mạch DC mắc hỗn họp

Mạch điện thực tế thường sử dụng cả hai cách mắc nối tiếp và song song, tạo thành một hệ thống phức tạp Những mạch điện này được gọi là mạch mắc hỗn hợp, cho phép tối ưu hóa hiệu suất và khả năng hoạt động của hệ thống điện.

Để giải mạch điện mắc hỗn hợp với chỉ một nguồn cung cấp, ta cần biến đổi mạch về dạng mắc nối tiếp hoặc mắc song song tương đương, sau đó tiến hành giải mạch.

Trong bài toán cho mạch điện hình 2.6, chúng ta cần xác định các thông số quan trọng như điện trở tương đương của mạch, dòng điện chính I, các dòng điện qua từng điện trở I1, I2, I3, I4, cũng như công suất trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch.

Mạch mắc hỗn hợp, biến đổi mạch về dạng mạch mắc nối tiếp gồm:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG b) Dòng điện mạch chính : I = — = = 2.4(?í). c) Các dòng điện nhánh :

3 Ấ2+Ấ3 6 + 12 d) Công suất trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch:

Trong bài toán này, chúng ta sẽ phân tích mạch điện theo hình 2.7 để tìm các thông số quan trọng Đầu tiên, cần xác định điện trở tương đương của mạch Tiếp theo, tính toán dòng điện I trong mạch Sau đó, xác định các dòng điện qua từng điện trở II, I2, I3 và I4 Cuối cùng, tính công suất trên mỗi điện trở cũng như công suất toàn bộ mạch để có cái nhìn tổng quan về hiệu suất hoạt động của hệ thống điện này.

24V ’ 6Q ” 6Q * 3Q a) Điện trờ tương đương của mạch:

Mạch mắc hỗn hợp, biển đổi mạch về dạng mạch mắc song song gồm: R1 //[R2 ntiĩự/Rặ)].

T R}+R2ĨA 6 + 12 b) Dòng điện mạch chính I:

3 Ẩ3+Ẩ4 2 6 + 3 3 / Biến đổi sao sang tam giác :

Từ hình 2.9, công thức chuyển đổi các điện trở mạch sao sang mạch tam giác tương đương:

> Biến đổi tam giác sang sao:

Từ sơ đồ 2.10, công thức biến đổi các điện trở mạch tam giác sang mạch sao tương đương: _

R = ^AC^BC R-AB + &AC + &BC

Ví dụ 2.6: Cho mạch điện hình 2.1 la, tìm dòng điện chày qua mạch chính.

Biến đổi các điện trờ mạch tam giác ABC sang mạch sao tương đương, mạch tương đương 2.1 Ib:

R = RACRAB _ 20x30 _ 60 Ă R ab +R ac + rbc 20 + 30 + 20 7 n R ABRBC 20x30 60.^.

R = -R ac R bc = 20x20 „ - = (D). c RĂB+RÂC+RBC 20 + 30 + 20 AO 7

Bây giờ ta có thể tính điện trờ tương đương toàn mạch:

Dòng điện chảy qua mạch chính: ,1T =-—= " ■ = 0.222(A).

Giảng viên NGUYẺN THỊ PHONG Trang 22

2.7 Hở mạch và ngắn mạch

Sơ đồ mạch điện hình 2.12a cho thấy rằng hai đầu AB hở mạch, do đó

I = OA và điện áp xuất hiện ờ hai đầu AB, ký hiệu, E volt.

Sơ đồ mạch điện hình 2.12b cho thấy rằng hai đầu AB ngắn mạch, do đó

I = — = 00 A và điện áp ở hai đầu Vab = ov.

Ví dụ 2.7: Tìm Vxy và Vrs trong sơ đồ mạch điện hình 2.13.

2.8 Điện trờ nội của nguồn dòng

Nguồn dòng (dòng điện ký hiệu là J và điện trở nội kí hiệu là r).

Sơ đồ thay thế nguồn dòng điện gồm nguồn dòng J mắc song song với điện trở nội r (hình 2.7). r: điện trở nội (O).

Ví du 2.8: Tìm dỗng điện chảy qua tải AB trong sỡ đồ mạch điện hình 2.15a Cho

Mạch hình 2.15a tương đương với mạch hĩnh 2.15b. rR 2x2 Điện trở tương đương Rt cùa, r và Rị : R, = ■ - = IQ. r + 7?! 2 + 2

Dòng điện chảy qua tải AB áp dụng luật chia dòng:

Mạch điện một chiều mắc song song

2.1 Cho mạch hình 2.1B, tìm điện trở R4, VAB và công suất tiêu thụ àn mạch. Đáp án: 400.; 10V; 20W.

2.2 Cho mạch điện hình 2.2B, tìm: a) Nguồn điện áp E. b) Điện trở R4. c) Dòng điện I. d) Các đống điện nhánh I2,13,14. e) Công suất trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch.

2.3 Cho mạch hình 2.3B, tìm dòng điện I và công suất tiêu thụ cùa mạch. Đáp án: 40A; 4kW.

2.4 Trong mặch hình 2.4B, tìm các dòng điện I, I2j I3,14, và điện áp Vj.

2.5 Tìm các dòng điện và chiều của I], I2,13, và I4 trong hình 2.5B. Đáp án: 120A (Ra khỏi nút), 90A (Ra khỏi nút), 80A (Ra khỏi nút), 75A

2.6 Trong mạch hình 2.6B, tính: a) Điện trở tương đương, b) Các dòng điện 1,11 và I2 c) Điện áp vx. d) )Công suất toàn mạch.

2.7 Sơ đồ mạch điện hình 2.7B sau đây, tính điện áp rơi trên hai đầu X và Y, và xác định đầu có điện thế cao hơn.

Hình 2.7B Đớp án: V xy =0.085 (V) (Xcó điện thế cao hơn).

2.8 Trong mạch hình 2.8B, tìm điện trở Rxy, đòng điện mạch chính, các dòng điện I], I2 và I5 (Gợi ý: dùng biến đổi sao tam giác)

2.9 Trong mạch hình 2.9B, tìm điện áp Vab, Nếu dùng một đoạn dây ngắn mạch hai điểm AB, khi đó tìm dòng điện Iab- (Gợi ý: dùng biến đổi sao tam giác)

2.10 Trong mạch hình 2.10B, tìm các dòng điện I], r2 và điện áp qua X và Y (Gợi ý: dùng định luật Kirchoff)

Giảng viên NGƯYẺN THỊ PHONG

Luật chia dòng điện

V = IRT ■Ml 1 R, Ã ị + R‘ Rỵ + R2 Rỵ Rỵ + R- r _ K _ J RlR2 1 1 _ R2 l

Ví dụ 2.3; Sơ đồ mạch điện hình 2.5a sau đây, tính điện áp rơi trên hai đầu X và

Y, và xác định đầu có điện thế cao hơn.

Kết họp E] và E2 và vẽ lại mạch như hình 2.5b sau:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 16 tacĂi:

—>(Y có điện thế cao hơn).

Mạch DC mắc hỗn hợp

Trong thực tế, các mạch điện thường không chỉ được mắc nối tiếp hoặc song song, mà thường tồn tại cả hai cách mắc này trong cùng một mạch Những mạch điện như vậy được gọi là mạch mắc hỗn hợp.

Để giải mạch điện mắc hỗn hợp với chỉ một nguồn cung cấp, ta cần biến đổi mạch về dạng mắc nối tiếp hoặc mắc song song tương đương, sau đó tiến hành giải mạch.

Trong bài tập này, chúng ta sẽ phân tích mạch điện theo hình 2.6 bằng cách xác định các yếu tố quan trọng Đầu tiên, chúng ta sẽ tính toán điện trở tương đương của mạch để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của nó Tiếp theo, chúng ta sẽ xác định dòng điện chính I chảy qua mạch Sau đó, chúng ta sẽ tính các dòng điện qua từng điện trở I1, I2, I3, và I4 để có cái nhìn chi tiết về phân bố dòng điện Cuối cùng, chúng ta sẽ tính công suất tiêu thụ trên mỗi điện trở cũng như công suất tổng của toàn bộ mạch.

Mạch mắc hỗn hợp, biến đổi mạch về dạng mạch mắc nối tiếp gồm:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG b) Dòng điện mạch chính : I = — = = 2.4(?í). c) Các dòng điện nhánh :

3 Ấ2+Ấ3 6 + 12 d) Công suất trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch:

Trong mạch điện hình 2.7, cần xác định các thông số sau: a) Tính toán điện trở tương đương của mạch; b) Tính dòng điện I; c) Xác định các dòng điện qua từng điện trở II, I2, I3, và I4; d) Tính công suất trên mỗi điện trở cũng như công suất toàn mạch.

24V ’ 6Q ” 6Q * 3Q a) Điện trờ tương đương của mạch:

Mạch mắc hỗn hợp, biển đổi mạch về dạng mạch mắc song song gồm: R1 //[R2 ntiĩự/Rặ)].

T R}+R2ĨA 6 + 12 b) Dòng điện mạch chính I:

3 Ẩ3+Ẩ4 2 6 + 3 3 / Biến đổi sao sang tam giác :

Từ hình 2.9, công thức chuyển đổi các điện trở mạch sao sang mạch tam giác tương đương:

> Biến đổi tam giác sang sao:

Từ sơ đồ 2.10, công thức biến đổi các điện trở mạch tam giác sang mạch sao tương đương: _

R = ^AC^BC R-AB + &AC + &BC

Ví dụ 2.6: Cho mạch điện hình 2.1 la, tìm dòng điện chày qua mạch chính.

Biến đổi các điện trờ mạch tam giác ABC sang mạch sao tương đương, mạch tương đương 2.1 Ib:

R = RACRAB _ 20x30 _ 60 Ă R ab +R ac + rbc 20 + 30 + 20 7 n R ABRBC 20x30 60.^.

R = -R ac R bc = 20x20 „ - = (D). c RĂB+RÂC+RBC 20 + 30 + 20 AO 7

Bây giờ ta có thể tính điện trờ tương đương toàn mạch:

Dòng điện chảy qua mạch chính: ,1T =-—= " ■ = 0.222(A).

Giảng viên NGUYẺN THỊ PHONG Trang 22

Hở mạch và ngắn mạch

Sơ đồ mạch điện hình 2.12a cho thấy rằng hai đầu AB hở mạch, do đó

I = OA và điện áp xuất hiện ờ hai đầu AB, ký hiệu, E volt.

Sơ đồ mạch điện hình 2.12b cho thấy rằng hai đầu AB ngắn mạch, do đó

I = — = 00 A và điện áp ở hai đầu Vab = ov.

Ví dụ 2.7: Tìm Vxy và Vrs trong sơ đồ mạch điện hình 2.13.

Điện trờ nội của nguồn dòng

Nguồn dòng (dòng điện ký hiệu là J và điện trở nội kí hiệu là r).

Sơ đồ thay thế nguồn dòng điện gồm nguồn dòng J mắc song song với điện trở nội r (hình 2.7). r: điện trở nội (O).

Ví du 2.8: Tìm dỗng điện chảy qua tải AB trong sỡ đồ mạch điện hình 2.15a Cho

Mạch hình 2.15a tương đương với mạch hĩnh 2.15b. rR 2x2 Điện trở tương đương Rt cùa, r và Rị : R, = ■ - = IQ. r + 7?! 2 + 2

Dòng điện chảy qua tải AB áp dụng luật chia dòng:

Mạch điện một chiều mắc song song

2.1 Cho mạch hình 2.1B, tìm điện trở R4, VAB và công suất tiêu thụ àn mạch. Đáp án: 400.; 10V; 20W.

2.2 Cho mạch điện hình 2.2B, tìm: a) Nguồn điện áp E. b) Điện trở R4. c) Dòng điện I. d) Các đống điện nhánh I2,13,14. e) Công suất trên mỗi điện trở và công suất toàn mạch.

2.3 Cho mạch hình 2.3B, tìm dòng điện I và công suất tiêu thụ cùa mạch. Đáp án: 40A; 4kW.

2.4 Trong mặch hình 2.4B, tìm các dòng điện I, I2j I3,14, và điện áp Vj.

2.5 Tìm các dòng điện và chiều của I], I2,13, và I4 trong hình 2.5B. Đáp án: 120A (Ra khỏi nút), 90A (Ra khỏi nút), 80A (Ra khỏi nút), 75A

2.6 Trong mạch hình 2.6B, tính: a) Điện trở tương đương, b) Các dòng điện 1,11 và I2 c) Điện áp vx. d) )Công suất toàn mạch.

2.7 Sơ đồ mạch điện hình 2.7B sau đây, tính điện áp rơi trên hai đầu X và Y, và xác định đầu có điện thế cao hơn.

Hình 2.7B Đớp án: V xy =0.085 (V) (Xcó điện thế cao hơn).

2.8 Trong mạch hình 2.8B, tìm điện trở Rxy, đòng điện mạch chính, các dòng điện I], I2 và I5 (Gợi ý: dùng biến đổi sao tam giác)

2.9 Trong mạch hình 2.9B, tìm điện áp Vab, Nếu dùng một đoạn dây ngắn mạch hai điểm AB, khi đó tìm dòng điện Iab- (Gợi ý: dùng biến đổi sao tam giác)

2.10 Trong mạch hình 2.10B, tìm các dòng điện I], r2 và điện áp qua X và Y (Gợi ý: dùng định luật Kirchoff)

Giảng viên NGƯYẺN THỊ PHONG

PHÂN TÍCH MẠCH (DC)

Tổng quan

Chương này tập trung vào hoạt động của mạch DC, bao gồm các thành phần như điện trở, nguồn áp và nguồn dòng, được kết nối thành các sơ đồ mạch điện khác nhau Việc phân tích mạch giúp xác định điện áp và dòng điện qua từng phần tử hoặc nhánh bằng cách áp dụng phép biến đổi dòng mắt lưới và điện thế nút.

Nguồn áp

3.2.1 Định nghĩa: Một nguồn áp không đổi lý tường có khả năng cung cấp dòng bất kỳ ờ một điện áp cho trước.:

Hình 3.1 Biểu diễn ngùõn điện áp không đổi

Hình 3.2 Hở mạch và ngân mạch nguồn áp

Hình 3.1 cho thấy một nguồn áp DC không đổi có ký hiệu E volt mắc nối tiếp với một đầu điện trở Ri, Vab là điện áp hở mạch.

Khi hai đầu AB hở mạch (hình 3.2(a)), 1=0, và Vab = E volt.

Khi hai đầu AB ngắn mạch (hình 3.2(b)), I = Inm = E/Rị và Vab = 0 volt.

3.2.2 Phân tích nguồn áp không đổi:

Hình 3.3 cho thấy một tải điện trở Rl được nối với nguồn áp không đổi.

Hình 3.3. Áp dụng định luật Kirchhoff về điện áp:

E = IRi + IRLHay: Vab = E -1 Ri

Nguồn dòng

3.3.1 Định nghĩa: Một nguồn'dòng không đổi lý tường có khả năng cung cấp điện áp bất kỳ ở một dòng điện cho trước.

Hình 3.4 Biểu diễn nguõn dòng điện không đổi

Hình 3.4 cho thấy một nguồn dòng DC không đổi, gồm nguồn dòng Is mắc song song với điện trở Rp.

Khi hai đầu AB hở mạch (hình 3.5(a)), I - 0 A, Vab - Vhm = Is Rp (volt).

Neu: Is Rp = E volt, thì VAB = E volt.

Khi hai đầu AB ngắn mạch (hình 3.5(b)), VAB = 0 volt, và Is = Inm = Is (A).

Hình 3.5 Hở mach và nqán mach nquồn dònq

3.3.2 Phần tích nguồn dòng không đổi

.í? Hình 3.6 cho thấy một điện trở tải RL được nổi với hai đầu AB của nguồn dòng

Chuyển đổi qua lại giữa nguồn áp và nguồn dòng

3.4.1 Chuyển đổi nguồn dòng DC sang nguồn áp DC tương đương

Từ sơ đồ 3.7(b), tìm E và Rj, xem sơ đồ 3.7(a):

E = Is Rp (khi 2 đầu AB hở mạch).

Ri = Rp (hờ mạch Is và cỏ được điện trở nối với 2 đầu AB).

Do đó, nguồn áp không đổi tương đương, sơ đồ 3.7(b) được vẽ với nguồn áp

E volt nối tiếp với một điện trở nội Rị.

Hình 3.7 Nguồn dòng—-Nguõn dòng

Từ Sơ đồ 3.8(a), tìm Is và Rp, xem sơ đồ 3.8(b):

Rp = Ri (ngắn mạch E và có được điện trờ nối với 2 đầu AB)

Do đó, nguồn dòng không đổi tương đương của sơ đồ 3.8(b) được vẽ với nguồn dòng Is song song với một điện trờ nội Rp.

Ví du 3.1: Cho sơ đồ 3.9a Chuyển đổi nguồn áp không đổi sang nguồn dòng không đổi tương đương bàng cách di chuyển Rab và sau đó tính dòng

Iab chảy qua điện trờ 14 Q.

Giảng viên NGUYÊN THỊ PHONG Trang 33

Nguồn dòng không đổi tương đương của sơ đồ 3.9a là sơ đồ 3.9b Khi đó: £20 _

Trong ví dụ 3.2, sơ đồ 3.1 Oa được sử dụng để chuyển đổi nguồn dòng không đổi thành nguồn áp không đổi tương đương trên hai đầu AB Sau đó, cần tính toán dòng Iab chảy qua điện trở Rab có giá trị 30 Ω.

Nguồn áp không đổi tương đương của sơ đồ 3.10a là sơ đồ 3.1 Ob

Từ sơ đồ 3.10, di chuyển Rab: E = Is Rp = 2 X 10 = 20 (V).

Hở mạch Is: Ri = Rp = 10 (Q) Ị = —A— = E 20 = 0.5 (A).

❖ Nguồn dòng mac song song: i Hình 3.11 (a)

Các nguồn dòng được kết nối song song và cùng chiều sẽ cho ra dòng tổng + IS2 như trong sơ đồ 3.11(a).

Giàng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 34 iLUit-eu lỉi-uiL J i i J J *.^*^-*

Neu các nguồn dòng được kết nối ngược chiều sẽ cho ra dòng tổng ZS1 - ZS2 như trong sơ đô 3.11(b).

Ví dụ 3.3: Cho sơ đồ 3.12a, đơn giản mạch thành nguồn dòng không đổi đơn giản như sơ đồ 3.12b.

❖ Nguồn dòng mắc nối tiếp:

Trong mạng lưới điện, dòng điện luôn chảy qua mỗi nhánh với một giá trị xác định Như thể hiện trong sơ đồ 3.13, việc kết nối hai nguồn dòng không có giá trị vì dòng điện ra khỏi nút A phải luôn bằng dòng điện đi vào điểm đó.

Giảng viên NGUYỄN THJ PHONG Trang 35

Định lý Thevenin - Norton

Mạng tuyến tính D.C có ngõ ra tại hai điểm A và B, như trong sơ đồ 3.14, có thể được thay thế bằng nguồn điện áp Thevenin kết hợp với điện trở trong hoặc điện trở tương đương Thevenin.

Khi đó: Eth • nguồn điện áp tương đươngThevenin thu được ờ hai đầu A và B khi chúng bị hở mạch.

Rra : điện trở tương đươngThevenin ờ hai đầu A và B khi ngắn mạch nguồn áp và hở mạch nguồn dòng.

> Các bước xác đinh Ejh và Rth:

1) Di chuyển Rl và hờ mạch 2 điểm A và B.

2) Tính hoặc đo điện áp giữa 2 điểm A và B Đây được coi là điện áp hở mạch hay nguồn điện áp tương đươngThevenin Eth Có thể dùng phương pháp phân tích dòng mắt lưới, điện áp nút hoặc các phương pháp xếp chồng để tìm Eth.

3) Để tìm'điện trở tương đươngThevenĩn Rth, ngắn mạch tất cả các nguồn áp và hở mạch tất cả các nguồn dòng.

4) Vẽ mạch tương đươngThevenin và kết nối lại điện trở RL.

5) Tính dòng tài, điện áp và công suất nếu được yêu cầu.

Ví dụ 3.4: Tìm mạch tương đương Thévenin giữa 2 điểm A và B cho mạch điện trong sơ đồ 3.15.

Tìm Rth, ngăn mạch tât cả các nguôn áp: o A

V HA ra =^-V cd = 30-13.34 = 16.66K. £ra =7^ 0-13.34 = 16.66/, (cựcB dương).

Mạng tuyển tính D.C có ngõ ra tại hai điểm A và B, như trong sơ đồ 3.16, có thể được thay thế bằng một nguồn dòng Norton IN song song với một điện trở giữa hai điểm này.

In : dòng tương đương Norton thu được khi ngắn mạch 2 điểm AB.

Rn : điện trở thu được ở hai đầu A và B khi khi ngắn mạch nguồn áp và hở mạch nguồn dòng.

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 38 ĨXXữSSSS&L

> Các bước xác định In và R^: ị

1) Di chuyển tài giữa 2 điểm A và B và hgắn mạch AB.

2) Tính dòng chày qua 2 điểm ngắn mạch AB dùng phương pháp phân tích dòng mắt lưới, nguyên lý xếp chồng Đây được coi là dòng điện

3) Tìm điện trở tương đương Norton bL trong mạch, ngắn mạch tất cả các nguồn áp và hở mạch tất cả các nguồn dòng.

4) Vẽ mạch tương đương Norton và kết nối lại điện trở tài.

5)Tính dòng tải, điện áp và công suât neu được yêu câu.

3.6 Mạch tương đương Théveuin và Norton 1

Mạch tương đương Thévenin và Norton như sơiđồ 3.17. Ị

Hình 3.17 Mạch tương đương Thévenin- Norton

Ví dụ 3.5: Tìm mạch tương đương Norton qua 4 điểm AB cho hình 3.18 và tìm dòng điện nếu tài điện trở RL là 10 được nối vào AB.

■ Tun Rn: Di chuyển Rl, ngắn mạch nguồn ốp và hờ mạch nguồn dòng. Ị

Giảng viên NGUYỄN THI PHONG I Trang 39

Nối tắt AB điệp trở 20 Q bị ngắn mạch:

Biến đổi nguồn áp tỉiành nguồn dòng tương đương:

Giảng viẻn NGUYỄN THỊ PHONG Trang 40

Hình 3.18d. Điện trở 10 Q bị ngắn mạch:

Từ mạch hình 3.18e ta có: In=Iab=1OA-1 A(dòng từ A sang B). Mạch tương đương Norton với Rl kêt nôi lại VƠI 2 đau AB.

3.7 Phương pháp dòng mắt lưới

> Phương pháp thiết lập các biển thức dòng điện mắt lưới:

1) Xác định số vòng/mắt lưới: (m - n + 7J;Trong đó: n là số điểm nút, m là số mạch nhánh .

2) Trong mỗi vòng kín ký hiệu một dòng điện vòng/mắt lưới Chiều dòng điện có thể cùng chiều hoặCị ngược chiều kim đồng hồ Đặt tên cho mỗi dòng điện vòng/mắt lưới, ví dụ 7ị,72,73 chẳng hạn.

3) Áp dụng định luật Kirchhoff về điện áp để thiết lập biểu thức điện áp cho mỗi vòng/mắt lưới theo các'dòng điện vòng/mắt lưới đã chọn.

4) Giải hệ phương ưình vtra thiết lập, ta có dòng điện vòng/mắt lưới Tính dòng điện mỗi nhánh bằng tồng đại số dòng điện vòng/mắt lưới chạy qua nhánh ấy.

Trong phương pháp này, ẩn số trong hệ phương trình không phải là dòng điện các nhánh mà là dòng điện mạch vòng mang ý nghĩa toán học Việc xác định các dòng điện này giúp dễ dàng tính toán dòng điện ở các nhánh Để phân tích mạch hình 3.9, cần tìm các dòng điện mắt lưới.

Từ mạch 3.19, biểu thdc dòng mắt lưới là:

Sắp xếp lạị 3 biểu thứcịvòng:

Giải hệ phương trình mắt lưới bằng máy tính tìm II, I2 và I3 Suy ra các đòng điện qua các nhánh.

Ví dự 3.6: Cho sơ đồ mạch hình 3.20, tìm 11,I2 và I3 Tìm dòng chảy qua điện trở 3 Q và chiều của nó.

Sắp xếp lại các biểu thức vòng:

16Zj+3Z2-5Z3 3Z,+12Z2+5Z3 -5Z,+5Z2+30Z3 =0 Viết dạng ma trận:

Giải hệ phương trĩnh băng máy tính tìm 11,12 và I3.

Dòng chảy qua điện tyở 3 Q là Z3n = (Ặ + /2) = 0.226 + 1.713 = 1.939J, chiều từ A B.

3.8 Phương pháp điện thế núị

Phân tích nút cơ bản ảp dụng định luật Kirchhoff về dòng điện để thiết lập biểu thức tại mỗi nút.

Yêu cầu số biểu thức là (hí-1), với N là số nút, ví dụ như 3 trong hình 3.21 Mỗi nút được coi là một điểm kết nối giữa hai hoặc nhiều nhánh Trong hình 3.21, có 3 nút jl, 2 và 3, trong đó nút 3 được xác định là nút tham chiếu với điện thế bằng 0 volt.

> Các bước phân tích nút:

1) Chọn nút tham chiêu,j ví dụ nút 3 trong sơ đô 3.21.

2) Xác định sổ nút trong mạch để xác định số biểu thức đòi hỏi (N-l), với N là tổng số nút trong mạch.

3) Đặt tên các điện áp tạji mỗi nút, ví dụ PỊ, V2.

4) Áp dụng định luật Kii-chhoff về dòng điện để thiết lập các biểu thức nút và tìm các điện áp chưa riết ví dụ vỵ>v2.

1UI uẹu ỉỉiuri J-'J J sắpxếplại: (7’ + 4’ + ‘è)K1"'èK2rL (1)

Ví dụ 3.7: Tìm điện áp qua điện trở 5Q bằng cạch phân tích nút trong sơ đồ 3.22.

■-0.67' -1 Giải hệ phương trình nút bang máy tính tìm V1 và v2.

Suy ra điện áp qua điện trở 5D là:V=V2=-2.372(V).

3.9 Nguyên lý xếp chồng Đối với mạch điện tuyến tính có nhiều nguồn cung cấp(nguồn áp hoặc nguồn dòng) Dòng điện qjua các nhánh bằng tổng đại số các dòng điện qua các nhánh đó do tác động của rừng nguồn riêng rẽ.

Để tính toán điện áp rơi hoặc dòng điện chạy qua mỗi phần tử trong mạch, bước đầu tiên là giữ lại một nguồn tác động, có thể là nguồn áp hoặc nguồn dòng Sau đó, bạn có thể dễ dàng áp dụng định luật Ohm để thực hiện các phép tính cần thiết.

- Bước 2: Thực hiện giống bước 1 nhưng cho nguồn tác động tiếp theo Cứ như thể chq đến hết tất cà các nguồn có trong mạch.

Bước 3: Cộng đại sổ (xếp chồng) các kết quả của mỗi phần tử do các

• ‘ị nguồn tác đông riêng rẽ.

J số mạch điện để thực hiện tính.toán= số nguồn độc lập frong mạch. s Ngắn mạch đối với nguồn áp, hờ mạch đối với nguồn dòng.

Ví dụ 3.8: Sứ dụng định lý xép chồng tìm dòng diện 11 trong hình 3.23a.

Giải: I Đối với mạch chỉ nguồn dòng, hình 3.23b: (ngắn mạch nguồn áp):

Khi nguồn áp đã ngắn mạch, tất cả các cịòng điện sẽ chạy vào phần ngắn

I Đối với mạch chỉ nguồn áp, hình 3.23c: |(hờ mạch nguồn dòng): ,

3.10 Ị Đjnh lý chuyên đôi |CÔng suât cực đại Định lý chuyển đổi công suất cực đại xác định giá trị điện trở tải đưa đến từ việc chuyển đổi công suất cực đại của mạch điện Xem mạch tương đương Thevenin giá trị điện ườ tài sẽ rút ra công suất cực đại khi giá trị điện trở của nó bằng với điện trờ TheveninỊcủa mạch như trong sơ đồ 3.24.

Khi đó: Từ mạch tiịơng đương Thevenin, RL = Rm

Từ mạch tương đương Norton, RL =RN.

3 10.2 Công suất cực đại ĩôi với tải Rl

> Từ mạch tương đương Thevenin

Dòng điện qua tải B ịu

Công suất đối với Jtải Rl:

> Từ mạch tirưng đưomg Norton

Dòng điện qua tài: IL = - - IN ! rn + rl I Công suất đối với tải Rl: P l = I2LRL = [-/— T-]2ẨL rn + rl

Do đó: PL = [-^^-]2RN = [lịỉẤ] R n =±-I2 n R n

Để xác định giá trị của tải RL trong sơ đồ mạch như hình 3.25, chúng ta sẽ áp dụng phương pháp chuyển đổi công suất cực đại Qua đó, chúng ta có thể tính toán công suất cực đại cho tải RL này một cách chính xác.

Mạch mới không có Rl và tìm Era:

Từ sơ đồ 3.25, Di chuyển Rl, hở mạch nguồn dòng và ngắn mạch nguồn áp.

■ Mạch tương đương Tnevenin có RL kết nối với AB:

Chuyển đổi công suất cự: đại:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 50 Ỉũllỉệu mon nục LI 111L/J.JJ1

Phương pháp phân tích mạch (DC)

3.1 Trong mạch hình 3.1B, biển đổi mạch thành một nguồn dòng đơn giản qua 2 điểm AB Khi đó xác định dòng tải qua điện trở tail 0 o nối giữa 2 cực AB.

3.2 Trong mạch hình 3.2B, sử dụng “phương pháp diòng mắt lưới” để thiết lập các biểu thức và tìm dòng điện chảy qua mỗi nhánh.

3.3 Chuyển đổi nguồn dòng không đổi trong hình 3 3B thành nguồn áp không đổi tương đương qua 2 cực AB Tìm dòng chảy qua điện trở 12 Q resistor sử dụng

“phương pháp dòng mắt lưới”.

3.4 Tìm dòng điện chày qua điện trờ 8 Q sử dụng “phương PháP Phân tích điện thê nút trong mạch hình 3.4 B I

3.6 Tìm dòng điện chảy qua mạch trong hình 3.ỐB I Sử dụng biến đổi sao-tam giác, biến đổi điện trở 3 0 Q I

Hình 3.7B Đảp án: 6.88A (chiều: từ trên xuống)

3.8 Thiết lập mạch tương đương Thevenin cho mạch'hình 3.8B qua AB và tính dòng tải qua Rl có giá trị 20 Q.

3.9 Thiết lập mạch tương đương Norton cho mạch hình 3.9B qua 2 cực AB.

3.10 Cho mạch hình 3.10B, thiết lập mạch tương đương Norton và sau đó chuyển nó sang mạch tương đương Thevenin qua 2 cực AB.

3.11 Cho mạch hình 3.11B, sử dụng định lý Norton tìm giá trị RL đôi với công suât cực đại và tính công suất cực đại trên tải. Đáp án: 7.86C1, 4.13W.

Giàng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 54 lull Lieu ItlUfll tiyy* JJi J J JL

3.12 Cho mạch hình 3.12B, sử dụng nguyên lý xép chồng tính các giá trị dòng điện

Phương pháp dòng mắt ỉưới

> Phương pháp thiết lập các biển thức dòng điện mắt lưới:

1) Xác định số vòng/mắt lưới: (m - n + 7J;Trong đó: n là số điểm nút, m là số mạch nhánh .

2) Trong mỗi vòng kín ký hiệu một dòng điện vòng/mắt lưới Chiều dòng điện có thể cùng chiều hoặCị ngược chiều kim đồng hồ Đặt tên cho mỗi dòng điện vòng/mắt lưới, ví dụ 7ị,72,73 chẳng hạn.

3) Áp dụng định luật Kirchhoff về điện áp để thiết lập biểu thức điện áp cho mỗi vòng/mắt lưới theo các'dòng điện vòng/mắt lưới đã chọn.

4) Giải hệ phương ưình vtra thiết lập, ta có dòng điện vòng/mắt lưới Tính dòng điện mỗi nhánh bằng tồng đại số dòng điện vòng/mắt lưới chạy qua nhánh ấy.

Lưu ý rằng trong phương pháp này, ẩn số trong hệ phương trình không phải là dòng điện ở các nhánh mà là dòng điện mạch vòng mang ý nghĩa toán học Khi xác định được các dòng điện mạch vòng, việc tính toán dòng điện ở các nhánh sẽ trở nên dễ dàng hơn Hãy phân tích mạch hình 3.9 để tìm ra các dòng điện mắt lưới.

Từ mạch 3.19, biểu thdc dòng mắt lưới là:

Sắp xếp lạị 3 biểu thứcịvòng:

Giải hệ phương trình mắt lưới bằng máy tính tìm II, I2 và I3 Suy ra các đòng điện qua các nhánh.

Ví dự 3.6: Cho sơ đồ mạch hình 3.20, tìm 11,I2 và I3 Tìm dòng chảy qua điện trở 3 Q và chiều của nó.

Sắp xếp lại các biểu thức vòng:

16Zj+3Z2-5Z3 3Z,+12Z2+5Z3 -5Z,+5Z2+30Z3 =0 Viết dạng ma trận:

Giải hệ phương trĩnh băng máy tính tìm 11,12 và I3.

Dòng chảy qua điện tyở 3 Q là Z3n = (Ặ + /2) = 0.226 + 1.713 = 1.939J, chiều từ A B.

Phương pháp điện thế nút

Phân tích nút cơ bản ảp dụng định luật Kirchhoff về dòng điện để thiết lập biểu thức tại mỗi nút.

Biểu thức yêu cầu là (hí-1), trong đó N đại diện cho số nút, ví dụ như 3 nút trong hình 3.21 Mỗi nút được coi là một điểm giao nhau giữa hai hoặc nhiều nhánh Trong hình 3.21, có ba nút jl, 2 và 3, trong đó nút 3 được xác định là nút tham chiếu với điện thế bằng 0 volt.

> Các bước phân tích nút:

1) Chọn nút tham chiêu,j ví dụ nút 3 trong sơ đô 3.21.

2) Xác định sổ nút trong mạch để xác định số biểu thức đòi hỏi (N-l), với N là tổng số nút trong mạch.

3) Đặt tên các điện áp tạji mỗi nút, ví dụ PỊ, V2.

4) Áp dụng định luật Kii-chhoff về dòng điện để thiết lập các biểu thức nút và tìm các điện áp chưa riết ví dụ vỵ>v2.

1UI uẹu ỉỉiuri J-'J J sắpxếplại: (7’ + 4’ + ‘è)K1"'èK2rL (1)

Ví dụ 3.7: Tìm điện áp qua điện trở 5Q bằng cạch phân tích nút trong sơ đồ 3.22.

■-0.67' -1 Giải hệ phương trình nút bang máy tính tìm V1 và v2.

Suy ra điện áp qua điện trở 5D là:V=V2=-2.372(V).

Nguyên lý xếp chồng

Trong mạch điện tuyến tính với nhiều nguồn cung cấp, dòng điện qua các nhánh được xác định bằng tổng đại số các dòng điện qua từng nhánh, nhờ vào sự tác động của các nguồn riêng lẻ.

Để tính toán điện áp rơi hoặc dòng điện qua từng phần tử trong mạch, bước đầu tiên là giữ lại một nguồn tác động, có thể là nguồn áp hoặc nguồn dòng Sau đó, bạn có thể áp dụng định luật Ohm để xác định các giá trị này một cách đơn giản.

- Bước 2: Thực hiện giống bước 1 nhưng cho nguồn tác động tiếp theo Cứ như thể chq đến hết tất cà các nguồn có trong mạch.

Bước 3: Cộng đại sổ (xếp chồng) các kết quả của mỗi phần tử do các

• ‘ị nguồn tác đông riêng rẽ.

J số mạch điện để thực hiện tính.toán= số nguồn độc lập frong mạch. s Ngắn mạch đối với nguồn áp, hờ mạch đối với nguồn dòng.

Ví dụ 3.8: Sứ dụng định lý xép chồng tìm dòng diện 11 trong hình 3.23a.

Giải: I Đối với mạch chỉ nguồn dòng, hình 3.23b: (ngắn mạch nguồn áp):

Khi nguồn áp đã ngắn mạch, tất cả các cịòng điện sẽ chạy vào phần ngắn

I Đối với mạch chỉ nguồn áp, hình 3.23c: |(hờ mạch nguồn dòng): ,

Công suất

3.10 Ị Đjnh lý chuyên đôi |CÔng suât cực đại Định lý chuyển đổi công suất cực đại xác định giá trị điện trở tải đưa đến từ việc chuyển đổi công suất cực đại của mạch điện Xem mạch tương đương Thevenin giá trị điện ườ tài sẽ rút ra công suất cực đại khi giá trị điện trở của nó bằng với điện trờ TheveninỊcủa mạch như trong sơ đồ 3.24.

Khi đó: Từ mạch tiịơng đương Thevenin, RL = Rm

Từ mạch tương đương Norton, RL =RN.

3 10.2 Công suất cực đại ĩôi với tải Rl

> Từ mạch tương đương Thevenin

Dòng điện qua tải B ịu

Công suất đối với Jtải Rl:

> Từ mạch tirưng đưomg Norton

Dòng điện qua tài: IL = - - IN ! rn + rl I Công suất đối với tải Rl: P l = I2LRL = [-/— T-]2ẨL rn + rl

Do đó: PL = [-^^-]2RN = [lịỉẤ] R n =±-I2 n R n

Để xác định giá trị của RL trong sơ đồ mạch như hình 3.25, chúng ta cần áp dụng phương pháp chuyển đổi công suất cực đại Sau khi thực hiện các phép tính cần thiết, chúng ta sẽ tính được công suất cực đại cho tải RL này.

Mạch mới không có Rl và tìm Era:

Từ sơ đồ 3.25, Di chuyển Rl, hở mạch nguồn dòng và ngắn mạch nguồn áp.

■ Mạch tương đương Tnevenin có RL kết nối với AB:

Chuyển đổi công suất cự: đại:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 50 Ỉũllỉệu mon nục LI 111L/J.JJ1

Phương pháp phân tích mạch (DC)

3.1 Trong mạch hình 3.1B, biển đổi mạch thành một nguồn dòng đơn giản qua 2 điểm AB Khi đó xác định dòng tải qua điện trở tail 0 o nối giữa 2 cực AB.

3.2 Trong mạch hình 3.2B, sử dụng “phương pháp diòng mắt lưới” để thiết lập các biểu thức và tìm dòng điện chảy qua mỗi nhánh.

3.3 Chuyển đổi nguồn dòng không đổi trong hình 3 3B thành nguồn áp không đổi tương đương qua 2 cực AB Tìm dòng chảy qua điện trở 12 Q resistor sử dụng

“phương pháp dòng mắt lưới”.

3.4 Tìm dòng điện chày qua điện trờ 8 Q sử dụng “phương PháP Phân tích điện thê nút trong mạch hình 3.4 B I

3.6 Tìm dòng điện chảy qua mạch trong hình 3.ỐB I Sử dụng biến đổi sao-tam giác, biến đổi điện trở 3 0 Q I

Hình 3.7B Đảp án: 6.88A (chiều: từ trên xuống)

3.8 Thiết lập mạch tương đương Thevenin cho mạch'hình 3.8B qua AB và tính dòng tải qua Rl có giá trị 20 Q.

3.9 Thiết lập mạch tương đương Norton cho mạch hình 3.9B qua 2 cực AB.

3.10 Cho mạch hình 3.10B, thiết lập mạch tương đương Norton và sau đó chuyển nó sang mạch tương đương Thevenin qua 2 cực AB.

3.11 Cho mạch hình 3.11B, sử dụng định lý Norton tìm giá trị RL đôi với công suât cực đại và tính công suất cực đại trên tải. Đáp án: 7.86C1, 4.13W.

Giàng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 54 lull Lieu ItlUfll tiyy* JJi J J JL

3.12 Cho mạch hình 3.12B, sử dụng nguyên lý xép chồng tính các giá trị dòng điện

PHẢN TÍCH MẠCH (AC)

Dòng điện xoay chiều hình sin

Dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều AC tạo ra, chủ yếu đưa đến người tiêu dùng như trong: công nghiệp, thương mại và dân dụng.

Dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi máy phát chức năng, một thiết bị sử dụng trong phòng thí nghiệm để tạo ra điện áp AC với các dạng sóng như sóng sin, sóng vuông và sóng tam giác.

Sóng hình sin, hay còn gọi là sóng sin, là dạng sóng duy nhất không bị ảnh hưởng bởi đáp ứng của điện trở (R), cuộn cảm (L) và tụ điện (C) Khi điện áp hoặc dòng điện có dạng sóng hình sin đi qua R, L hoặc C, kết quả thu được cũng sẽ giữ nguyên đặc tính hình sin Ngược lại, nếu sử dụng dạng sóng vuông hoặc sóng tam giác, kết quả sẽ không còn là hình sin nữa.

■ Dang sóng sin: là dạng sóng có giá trị tửc thời được biểu diễn duới dạng biểu thức là: e^EmSÌnart.

■ Giá trị tức thời: là độ lớn của một dạng sóng tại một thời điểm bất kỳ

Tại thời điểm ÍỊ giá trị điện áp là ej, thời điểm t2 giá trị điện áp là e2.

Giá trị đỉnh hay giá trị cực đại là giá trị lớn nhất đạt được trong một chu kỳ, thể hiện biên độ của dạng sóng Các đặc trưng của giá trị này bao gồm điện áp Em, Ep, Vm, Vp, cùng với dòng điện Ira và Ip.

Em : điện áp tượng trưng cho nguồn cung cấp. vm : điện áp tượng trưng cho điện áp rơi trên tải.

■ Giả tri đỉnh - đỉnh: tượng trưng bời Ep.p nay Vp-p, là điện áp cao nhất giữa đỉnh dương và đỉnh âm của dạng sóng (Ẹp-p = 2 Ep).

■ Dạng sóng tuần hoàn: là một dạng sóng tự nó lặp đi lặp lại sau một khoảng thời gian như nhau.

■ Chu kỳ (T) : là thời gian (tính bàng giây) hoàn thành việc lặp lại một dạng sóng đầy đủ Một chu kỳ kéo dài 360° độ hay 2^- radian.

■ Tần sổ (f): là số chu kỳ mà dạng sóng xoay chiều thực hiện trong khoảng thời gian một giây. Đơn vị của tần số (f) là Hertz (Hz).

Hay 1 Hz = 1 chu kỳ / giây.

Nghịch đào cùa tần số là chu kỳ.

■ Vận tốc góc hay tần sổ góc (Cũ /’Vận tốc góc hay tần số góc là vận tốc mà một yectơ quay quanh tâm.

UL = ULm-s^ũ}-t + ^') Với U Lm=I m.L.co

■ XL = Các sổ phức đặc biệí: ỉ c = 1=1X0°, c =-1=1X180°.

4.4.4 Các phép toán với số phức

Chuyển đổi tất cả các số phức sang dạng đại sô trước khi cộng và trừ chúng.

Ngược lại, chuyển đổi tất cả các số phức s chia chứng. ang dạng cực trước khi nhân và

Lưu ý : nhân hoặc chia độ lớn với nhau, nhưng cộng hoặc trừ góc với nhau.

Phức hóa mạch

Trong các mạch điện kích thích xác lập điều hòa, các dòng điện và điện áp trên các phần tử và nhánh đều biến thiên hình sin cùng tần số, nhưng khác nhau về biên độ và góc pha ban đầu Do đó, phương pháp số phức được áp dụng để giải mạch Theo phương pháp này, mỗi đại lượng điều hòa được biểu diễn bằng một số phức, với mô-đun tương ứng với biên độ (hoặc giá trị hiệu dụng) và ácgumen thể hiện góc pha ban đầu.

Điện trở thuần là một thành phần điện mà trong đó điện áp (u) và dòng điện (i) luôn cùng pha, nghĩa là không có sự chênh lệch về pha giữa chúng (θ = 0°).

Giảng viên NGUYÊN THỊ PHONG Trang 65 Điện trờ : R = (Q). ố?

Căm kháng Xy, Đối với một cuộn dây thuần cảm L hoạt động ở tần số f, điện áp u qua I nhanh pha so với dòng ệiện i qua nó một góc 90°.

Dung kháng Xe Đổi với một điện dung thuần c hoạt động ở tần số f, điện áp u qua nó chận pha so với dòng điện i qua nó một góc 90°.

=x‘x - 90’’ “•*re ■ -Ị-^r (n) ■ Ịc Ic^lc aC

❖ Vector của R, Xi vàX^: jXL=XLX90°

Hình 4.10 Các vector điện trở và điện kháng.

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 66 laiạẹu rriuri rtục L,1 111

Mạch nối tiếp AC

Các quy tắc, định luật và nguyên lý áp dụng cho mạch điện DC tuyến tính cũng có thể được sử dụng để phân tích các mạch điện AC phức tạp Phân tích mạch AC tương tự như các phương pháp được áp dụng trong phân tích mạch điện DC tuyến tính.

4.6.1 Sơ đồ nối tiếp: Hình 4.11.

Khi giải mạch AC mắc nối tiếp, cần chuyển đổi tất cả các thành phần trở kháng thành dạng đại số để xác định trở kháng tương đương Trong mạch AC mắc nối tiếp, tổng trở kháng được tính bằng cách cộng tất cả các trở kháng lại với nhau.

Với n là một sô bât kỳ.

Trở kháng và điện kháng trong mạch AC măc nôi tỉêp:

Giảng viên NGUYỄN THỊ PHONG Trang 67 h R e=£„sin(ịar+ự>)

Trở kháng tương đương: z — R + jXL - jXc = R + j(XL -Xc).

Dòng điện qua mạch chính: E- z

Sụt áp trên điện trờ VR = RI = RxIKỌị = VRX ỈA = :ab-ia = iab-ìab Z12O0 = i ab(ỵ - 1Z12O0)

Vậy: Các dòng đi ỉn dây có cùng biên độ, lệch pha nhau 120° Các dòng điện pha của tải nhỏ hon các dòng điện dây 73 lần.

Sơ đồ mạch hind 6.14 minh họa mạch 3 pha nối A/A đối xứng, trong đó giá trị cực đại của sức điện độ Ig pha trong mỗi cuộn dây máy phát đẩu sao là 100V Van được chọn làm điện áp tham chiếu cho dãy pha ABC.

Để tính toán trong hệ thống điện, ta có ZY = (5 + jỉ 0)Q = 11.18Z63.430 Q Cần xác định giá trị hiệu dụng của các điện áp pha và điện áp dây theo dạng cực, cũng như độ lớn và góc của các dòng điện pha và dòng điện dây Việc này giúp phân tích và thiết kế hệ thống điện hiệu quả hơn.

Giảng viên NGUYỆN THỊ PHONG Trang 106 a) Các điện áp pha bằng các điện áp dây: v' = ZŨũ = ^2 20° = 70.720° (K)

72 72 v'BC = 70.72-120° (7) ĩ4 p.72-240° (7) b) Độ lớn và góc của các dòng điện pha. Â= — = ĩo zf-f.oo = 6.3242 - 63-43° co ■

3 z 3 11.18263.43° c) Độ lớn và góc của các dòng điện dây. Ì A = 73 iị 2 - 30° = 73x6.3242 - 63.43 - 30' = 10.953Z - 93.43° (2).

1 Lil utu ỉĩiurt /tực JZ2

Vậy, dòng điện trong các tải có cùng biên độ, lệch pha nhau 120°.

- Điện áp pha của tải ba pha đối xứng: rz-30° KZ-3O0

Vậy, điện áp pha trong các tải có cùng biên độ, lệch pha nhau 120° Các điện áp pha của tải nhỏ hon các điện áp dây 73 lần.

Tóm tắt về tâi 3-pha cân bằng: Đấu sao:

Id=Ip Đẩu tam giác:

Ví dụ 6.4: Sơ đồ 6.16 Mạch điện 3 pha tải nối hìih sao, nguồn nối hình tam giác, nguồn và tải đều đối xứng Biết dòng điện 3 pha của tải I] = I2= I3-

5 OA, điện áp pha của tài Van = vbn= Vcn= 220V Hãy xác định dòng điện pha và điện áp pha của nguôn.

- Tải đối xứng nối sao, các dòng điện dầy bằng các dòng điện pha cùa tài:

Ia=Ib=Ic=Ii=I2 = I3PA.

Nguồn đối xứng noi hình tam giác, các dòng điện pha cùa nguồn:

- Tải đối xứng nối sao, các điện áp dây của tải:

^s^=^:220 = 3807. Điện áp pha của nguồn bằng điện áp dây của tải:

Công suất mạch điện ba pha 1

6.3.1 Công suất mạch diin ba pha không cân bằng

Công suất tác dụng trong mạch 3 pha được tính bằng tổng công suất tác dụng của từng pha Cụ thể, Pa, Pb, Pc lần lượt là công suất tác dụng của các pha A, B và C.

Ta có: PT = PA + PB +■ pc = VAIACOSỌA + VBIBCOSỌB + Vclccosọc-

Trong đó VA, Ia> Vi, Ib, Vc, Ic là các đại lượng pha.

Giàng viẻn NGUYỄN THỊ PHONG Trang 110

1ŨI nẹu mun riụu UJ ị

Góc lệch pha giữa điện áp pha và dòng điện pha là một yếu tố quan trọng trong hệ thống điện, nó phản ánh mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch điện Góc này có thể được xác định thông qua góc trờ kháng, giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất hoạt động của các thiết bị điện Việc nắm bắt thông tin về góc lệch pha sẽ hỗ trợ trong việc tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm thiểu tổn thất trong hệ thống điện.

Công suất phản kháng Q của 3 pha là tổng công suất phản kháng cũa các pha: Qt = QA + QB + Qc = VAIAsinọA + V]

St = SA + SB + Sc = VAIA + VBIB + Vclc-

6.3.2 Công suất mạch điện ba pha đối xứng (Áp dụng cho cả tải sao và tải tam giác)

Công suất mỗi pha: Pp = VpIpCOS(p=Z^Ẩ? = 7?

Công suất ba pha: PT = 3Pp=3VpIpC0SỌ7j

Công suất mỗi pha: Qp = VpIpSÌnọ=/pA? Công suất ba pha:

Qt = 3Qp=3VpIpSÌnọ=3/pAp = 3-^-=-j3VdIdsin

Tiêu đề	Lý Thuyết Mạch Dùng Cho Bậc TCCN
Chuyên ngành	Lý Thuyết Mạch

Định dạng
Số trang	124
Dung lượng	10,94 MB

Lý thuyết mạch Dùng cho bậc TCCN

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU NỔI TIẾP (DC)

Mạch điện trở mắc nối tiếp

Luật chia điện áp

Nối nguồn và đất

Điện trờ nội của nguồn áp

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU SONG SONG (DC)

Tổng quan

Luật chia dòng điện

Mạch DC mắc hỗn hợp

Hở mạch và ngắn mạch

Điện trờ nội của nguồn dòng

PHÂN TÍCH MẠCH (DC)

Tổng quan

Nguồn áp

Nguồn dòng

Chuyển đổi qua lại giữa nguồn áp và nguồn dòng

Định lý Thevenin - Norton

Phương pháp dòng mắt ỉưới

Phương pháp điện thế nút

Nguyên lý xếp chồng

Công suất

PHẢN TÍCH MẠCH (AC)

Dòng điện xoay chiều hình sin

Phức hóa mạch

Mạch nối tiếp AC

Công suất mạch điện ba pha 1

Hở mạch và ngắn mạch

Công suất mạch điện ba pha đối xứng ,