Giáo trình mạch điện (tái bản lần thứ nhất) phần 1

6 2d, 3! Gl ThS PHAM VAN MINH © Ths VU HUU THICH - ThS NGUYEN BA KHA fore GIAO TRINH MACH DIEN Trung cấp nghề ) (Dùng cho trường đào tạo hệ Cao đẳng nghề (Tái lần thứ nhất) ĐẲNG KTKT PHÚ LÂM CAO e ỜNGEE TRƯe THU VIEN WAL NHA XUAT BAN GIAO DUC VIET NAM i a i cece a ơƠ Cơng ty cổ phan Sach Đại học - Dạy.n ghé — Nha xuất Giáo dục Việt Nam giữ quyền công bố tác phẩm 14 ~ 2011/CXB/126 - 2075/GD Mã số: 7B769y1 — DAI LOI NOI DAU Cuén “Gido trinh Mạch điện” biên soạn dựa theo chương trình khung mơn học Mạch điện dành cho hệ Trung cấp nghề Cao đẳng nghề Tổng cục Dạy nghề ban hành nhằm trang bị cho học sinh kiến thức nhật tính tốn mạch điện Chúng tơi cố gắng biên soạn giáo trình dạng đơn giản dễ hiểu Trong phần dành thời lượng đáng kế cho'các ví dụ ap dung, cuối chương có câu hỏi tập để học sinh củng cố kiến thức nên dé hiểu người tiếp cận với môn học Đây tài liệu tham khảo tốt cho bạn sinh viên trường TCCN, cao đăng đại học chuyên ngành thuộc ngành Điện, Điện tử Nội dung giáo trình bao gồm chương: Chương Các khái niệm mạch điện Chương Mạch điện chiều Chương Dòng điện xoay chiều hinh sin Chương Mạch điện xoay chiều ba pha chế độ xác lập hình sin Chương Š Giải mạch điện nâng cao Chương Quá trình độ mạch điện tuyễn tính Giáo trình thức đưa vào sử dụng cho học sinh hệ Cao đẳng nghề Trung cấp nghề Khoa Điện công nghiệp Dân dụng trường Đại học Công nghiệp Hà Nội năm học 2009 — 2010 Chúng xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Bộ môn Đo lường & Điều khiển - Khoa Điện trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội góp ý, giúp đỡ chúng tơi hồn thành tốt giáo trình Các tác giả xin chân thành cảm ơn Nhà xuất Giáo dục Việt Nam tạo điện kiện để sách sớm hoàn thành Mặc dù cố gắng biên soạn, song giáo trình khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, phê bình từ thay, giáo, bạn đọc đồng nghiệp để lần tái sau giáo trình sửa chữa hồn thiện Mọi góp ý xin gửi Cơng ty Cơ phần sách Đại học Dạy nghề — Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 25 Hàn Thuyên Hà Nội Hoặc gửi về: Bộ môn Đo lường & Điều khiển - Khoa Điện - Đại học Hà Nội, Công Nghiệp nguyenbakha@yahoo.com địa email: didk.haui@gmail.com Hà nội, tháng năm 2009 Các tác giả hay Chuong CÁC KHÁI NIEM CO BAN VE MACH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện, nối với dây dẫn thành vịng kín có dịng điện qua Như mạch điện bao gồm: — Nguồn điện; — Phụ tải; — Dây dẫn Nguồn điện Nguồn điện thiết bị phát điện năng, biến đổi lượng năng, hoá năng, nhiệt thành điện Phụ tải Phụ tải thiết bị tiêu thụ điện năng, biến điện thành dạng lượng khác năng, hoá năng, quang năng, nhiệt Day dân Dây dẫn dây dẫn điện nối từ nguồn đến phụ tải nối phụ tải với Hình 1.1 ví dụ mạch điện a b Hình 1.1 Trong đó: Nguồn điện máy phát điện MF, phụ tải gồm động co DC bóng đèn Ð, dây dẫn nối máy phát ME với động ĐC đèn Ð 1.1.2 Kết cấu hình học mạch điện Xét mặt hình học, mạch điện kết cấu bởi: nhánh, nút vòng ~ Nhánh: Nhánh phận mạch điện, gồm phần tử nối tiếp có dịng điện chạy qua - Ví dụ nhánh mạch điện hình 1.2 D2 ĐI ; Hinh 1.2 — Nút: Nút điểm nối từ ba nhánh trở lên (nút a, b hình 1.1) — Vịng: Vịng lối khép kín dịng điện qua nhánh (vịng vị, v, hình 1.1) 1.1.3 Các tượng điện từ Các thiết bị điện khác làm việc theo nguyên tắc khác nhau, dựa nhiều tượng vật lý khác như: năng, điện năng, điều khiển, cách nhìn thông qua vùng lân cận nhánh tượng biến đổi lượng chung tượng điện từ phát nhiệt năng, phát khuếch đại, tạo sóng, tạo xung Nhưng VỚI trình lượng tượng quy lại hai nhóm tượng: tượng tích phóng lượng, ta gọi Hiện tượng biến đổi lượng Hiện tượng biến đổi dạng lượng khác năng, hoá năng, nhiệt năng, quang thành lượng điện từ gọi tượng tích luỹ lượng nguồn, tạo nguồn điện Hiện tượng chuyển hoá lượng điện từ thành dạng lượng khác nhiệt, quang, cơ, hoá gọi tượng tiêu tán Hiện tượng tích phóng lượng _Là tượng tích trữ giải phóng lượng dạng điện từ trường Năng lượng điện từ trường cất giữ vào không gian mà không chuyển hố thành dạng lượng khác Ví dụ: cuộn cảm L, tụ điện C Khi trường điện từ tăng lên, lượng điện từ nguồn cung cấp, tích luỹ cất thêm vào khơng gian xung quanh Khi trường giảm đi, lượng tích luỹ khơng gian xung quanh lại đưa hoàn trở lại nguồn cấp cho phần tử tiêu tán 1.2 CAC KHAI NIEM CO BAN TRONG MACH DIEN 1.2.1 Dong dién va cudng dong dién Dong dién ~ Dong dién dịng chuyển dời có hướng ion vật dẫn — Chiểu dòng điện quy ước chiều chuyển động điện tích dương (ion dương), ngược với chiều chuyển động ion âm electron (điện tử) 1) Hình 1.3 ~ Ký hiệu chiều dịng điện mạch điện hình mũi tên Ví dụ 1.1 Dịng điện có chiều từ a -> b Ký hiệu dòng điện ta quy ước, nên dịng điện i(f) có giá trị (+) âm (—) Nếu dịng điện 1) > (ví dụ i() = 5A) chiều dịng điện thực tế di tira > b Ngược lại i(t) < (vi du i(t) = —3A) thi dòng điện thực tế từ b > a Cường độ dòng điện — Cường độ dòng điện i giá trị dòng điện chạy qua dây dẫn thời điểm ta xét — Dòng điện dây dẫn định nghĩa tốc độ biến thiên điện tích q qua tiết diện ngang dây dẫn đơn vị thời gian Biểu thức dòng điện là: 1= dq@) ———^ dt _ Aq At (1.1) Đơn vị cường độ dòng diện theo hệ đơn vị quốc tế SI ampe, viết tắt A Dịng diện nói chung có trị số thay đổi theo thời gian, có dịng điện khơng thay đổi theo thời gian Vi du 1.2 i(t)=2V2 sin(100nt +=) A biểu thức tín hiệu dịng điện hình sin, có biên độ cực đại 22A ; Tại thời diém t, = Os thi i(t,)=2V2 sinC )= 99/53 =6 A Tại thời điểm i(t,) +i) 1; =———S, thì: 600 7T 1L J2sin u, p(t) Hinh 1.4 > 1.2.3 Công suất tức thời Công suất tức thời: p(t) = u(t).i(t) (1.3) Đơn vị công suất tức thời W Khi chọn chiều dòng điện điện áp nhánh trùng nhau, sau tính tốn cơng suất p nhánh, thời điểm đó, dựa vào dấu p ta có kết luận sau trình lượng nhánh: p=u.i > => nhánh nhận lượng p =u.i nhánh phát lượng 1.3 MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN — Mơ hình mạch điện mạch điện thực tế lý tưởng hoá thành phần tử nguồn (nguồn dòng, nguồn áp) phần tử tải (như điện trở R, điện cảm L điện dung C) — Mơ hình mạch điện dùng để phân tích mạch điện 1.3.1 Phần tử nguồn Nguồn áp e(t) Nguồn áp đặc trưng cho khả tạo nên trì điện áp hai cực nguồn Nguồn áp độc lập tạo nên điện ấp i e(t) khơng phụ thuộc vào mạch ngồi Ký hiệu nguồn áp: Là sức điện động (sđđ) e(t) hình 1.5 Đơn vị nguồn áp: von (V) | u, (0) = e(t) b Hình 1.5 Quy ước chiều dương nguồn áp e(: từ nơi có điện thấp đến nơi điện cao Như điện áp Cực nguồn u,„ có chiều ngược với sđđ e(1) Đặc điểm nguồn áp: có tổng trở vơ nhỏ, nguồn áp lý tưởng có tổng trở Nguồn dòng j(t) Nguồn dòng đặc trưng cho khả tạo nên trì dịng điện cung cấp cho mạch ngồi Nguồn dịng độc lập tạo nên dịng điện khơng phụ thuộc vào mạch ngồi | i(H=j() : #Ð b Hình 1.6 - Ký hiệu nguồn dịng: có độ lớn j() hình 1.6 Đơn vị nguồn dòng j(): ampe (A) Đặc điểm nguồn dịng: có tổng trở vơ lớn 1.3.2 Phần tử điện trở, điện dẫn a) Điện trở R Điện trở R đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng dưỡi dạng nhiệt phần tử Ký hiệu R: hình 1.7 Don vi: ohm (Q) (đọc ôm) La Điện áp R: Guay! Up= R.i(t) et uạ() Công suất tiêu tán tức thời : p() =ui= R.@) 129 iW (W) (1.5), panels Năng lượng tiêu tán: HE A= Jpcat (1.6) Ví dụ 1.3 Điện trở R = 4Ĩ có ¡() = 3A điện áp rơi R là: Up= R.i(t) = 4.3 = 12V b) Điện dẫn G Điện dẫn G nghịch đảo điện trở R: G=—R 17 (1.7) Don vi ca dién dan G 1a simen (S) 1.3.3 Phần tử điện cảm L Điện cảm thường ký hiệu L (như hình 1.8), điện cảm L đặc trưng cho khả tiêu tán lượng dạng từ trường Khi cho dòng điện i(t) qua dién cam L, t6n tai từ thơng móc vịng qua vịng dây tích luỹ lượng W¿„ vào không gian bao quanh Điện cảm L cuộn dây định nghĩa: L=Ý =ụ=Li i Đơn vị điện cảm 1a henry (H) 10 (1.8)