N¿u tr°ång đián từ bi¿n thiên không lãn lÃm, có th¿ bã qua dòng đián dßch giÿa các vòng dây qu¿n hoặc giÿa các lãp đián trç so vãi dòng đián d¿n và bã qua sāc đián đáng cÁm āng so vãi sā
N àI DUNG
Tổng quát vÁ m¿ch đián
M¿ch điỏn là mỏt hỏ thụng gồm cỏc thi¿t bò điỏn, điỏn tử ghộp l¿i trong đú xÁy ra cỏc quỏ trỡnh truyÁn đ¿t, bi¿n đổi năng l°ÿng hay tớn hiỏu điỏn từ đo bỗi các đ¿i l°ÿng dòng đián, đián áp M¿ch đián đ°ÿc c¿u trúc từ các phÁn riêng rẻ đÿ nhó, thāc hiỏn cỏc chāc năng xỏc đònh đ°ÿc gỏi là cỏc phÁn tử m¿ch điỏn Hai lo¿i phÁn tử chính cÿa m¿ch đián là nguồn và phā tÁi
Nguồn là các phÁn tử dùng để cung c¿p năng l°ÿng đián hoặc tín hiáu đián cho m¿ch, ví dānh° máy phát đián (bi¿n đổi c¢ nàng thành đián năng), Ãc qui (bi¿n đổi hóa năng sang đián nàng), cÁm bi¿n nhiát, V.V
Thiết bị phát điện hay còn gọi là thiết bị điện, với các chức năng giống như nguồn điện (chuyển năng lượng điện sang hóa năng), đèn điện (chuyển năng lượng điện sang quang năng), bếp điện, bàn là, ống tia điện tử, v.v
Ngoài hai lo¿i chớnh trờn, trong m¿ch điỏn cũn cú nhiòu lo¿i phÁn tử khỏc nhau nh°: phÁn tử dựng để nối nguồn vói phā tÁi (vớ dā dõy nối, đ°ồng dõy tÁi đián), phÁn tử làm thay đổi áp và dòng trong các phÁn khác cÿa m¿ch (máy bi¿n ỏp, mỏy bi¿n đũng), phÁn tử làm giÁm hoặc tăng c°ồng cỏc thành phÁn nào đú cÿa tín hiáu (các bá lác, bá khu¿ch đ¿i), V.V
Trờn mòi phÁn tử th°ồng cú mỏt số đÁu nối ra gỏi là cỏc cāc dựng để nối nó vãi các phÁn tử khác Dòng đián đi vào hoặc ra phÁn tử từ các cāc PhÁn tử có thể có hai cāc, ba cāc, bốn cāc hay nhiÁu cāc
Ví dā, cuán dây, tāđián là phÁn tử hai cāc
Transistor là phÁn tử ba cāc; ináy bi¿n áp, khu¿ch đ¿i thuÁt toán là phÁn tử nhiÁu cāc
• N¿u phÁn tử có kích th°ãc râ't nhã so vãi đá dài cÿa b°ãc sóng đián từ, thì trên cỏc cāc cÿa phÁn tử cú th¿ đònh nghĩa cỏc đ¿i l°ÿng dũng điỏn, điỏn ỏp và cú thể dựng hai đ¿i l°ÿng này đ¿đo c°ồng đỏ chung (xột vÁ toàn bỏ) cÿa quỏ trỡnh điỏn từ xÁy ra bờn trong phÁn tử Điỏn ỏp và dũng điỏn đ°ÿc đònh nghĩa nh° sau:
- Điỏn ỏp giÿa điểm A vói điểm B là cụng cÁn thi¿t để làm dòch chuyển mỏt đÂn vòđiỏn tớch
(1 coulomb) từ A đ¿n B ĐÂn vò cÿa điỏn ỏp là vụn (V) Điỏn ỏp đ°ÿc ký hiỏu là u
Trên H.l.l: u - là đián áp giÿa A vãi B: d¿u + đ°ÿc đặt ỗ phớa A d¿u - ỗ phớa B Đôi khi thay vì dùng các d¿u +, -
U AB - đián áp giÿa A vãi B và ta có: U AB = - U BA
Hình 1.2a và 1.2b t°¢ng đ°¢ng vãi nhau
- Dũng điỏn là dũng cỏc điỏn tớch chuy¿n dòch cú h°óng C°ồng đỏ dũng điỏn (gỏi tÃt là dũng điỏn) là l°ÿng điỏn tớch dòch chuyển qua mỏt bÁ mặt nào đú (ti¿t diỏn ngang cÿa dõy d¿n, n¿u là dũng điỏn chÁy trong dõy d¿n) trong mỏt đÂn vò thồi gian Dũng điỏn đ°ÿc ký hiỏu là i và đÂn vò là ampe (A) ChiÁu dũng điỏn, theo đònh nghĩa, là chiÁu chuyển đỏng cÿa cỏc điỏn tớch d°Âng (hay là ng°ÿc chiÁu vói chiÁu chuyển đỏng cỏc điỏn tớch õm) Để tiỏn lÿi, ng°ồi ta chỏn tựy ý mát chiÁu và ký hiáu bằng mũi tên nh° trên H.1.3 và gái là chiÁu d°¢ng cÿa dòng đián
N¿u t¿i mỏt thồi điểm t nào đú, chiÁu dũng đián trùng vãi chiÁu d°¢ng thì i sẽ mang d¿u d°¢ng (I > 0 ), còn n¿u chiÁu dòng đián ng°ÿc vãi chiÁu d°¢ng thì i sẽ âm (i < 0)
Các hián t°ÿng đián từ gồm r¿t nhiÁu vẻ, nh° hián t°ÿng chỉnh l°u, tách sóng, t¿o hàm, t¿o sóng, bi¿n áp, khu¿ch đ¿i, V V Tuy nhiên nêu xét theo quan điểm năng l°ÿng thì quá trình đián từ trong m¿ch đián có thể qui vÁ hai hián t°ÿng năng l°ÿng c¢ bÁn là hirn t°ÿng bi¿n đổi năng l°ÿng và hián t°ÿng tích
4 phóng năng l°ÿng đián từ
Hián t°ÿng bi¿n đối năng l°ÿng có thể chia làm hai lo¿i:
- Hián t°ÿng nguồn: là hián t°ÿng bi¿n đổi từ các d¿ng năng l°ÿng khác nh° c¢ năng, hóa nàng, nhiát năng v.v thành năng l°ÿng đián từ
Hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ là quá trình năng lượng điện từ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như nhiệt, cơ, quang, hóa năng, từ đó bị tiêu hao không hoàn trả trong mạch.
Hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng đián từ là hián t°ÿng năng l°ÿng đián từ đ°ÿc tớch vào mỏt vựng khụng gian cú tồn t¿i tr°ồng điỏn từ hoặc đ°a từ vùng đó trÁ l¿i bên ngoài Để thuÁn tiỏn cho viỏc nghiờn cāu, ng°ồi ta coi sā tồn t¿i cÿa mỏt tr°ồng điỏn từ thống nh¿t gồm hai mặt thờ hiỏn: tr°ồng điỏn và tr°ồng từ Vỡ vÁy hiỏn t°ÿng tích phóng năng l°ÿng đián từ cũng gồm hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng trong tr°ồng từ và hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng trong tr°ồng điỏn
Sự phá vỡ đối xứng và trật tự liên quan chặt chẽ với nhau, do đó trong bất kỳ hệ thống điện nào cũng đều xảy ra cả hai hiện tượng biến đổi và tích tụ năng lượng Tuy nhiên, trong một hệ thống thì hiện tượng năng lượng này xảy ra mạnh hơn hiện tượng năng lượng kia Ví dụ, ta xét các phân tử thực là điện trở, tụ điện, cuộn dây, ác quy.
Trong tā đián, hián t°ÿng năng l°ÿng chÿ y¿u xÁy ra là hián t°ÿng tích phúng năng l°ÿng tr°ồng điỏn Ngoài ra do điỏn mụi giÿa hai cụ't tā cú đỏ d¿n đián hÿu h¿n nào đó nên trong tā cũng xÁy ra hián t°ÿng tiêu tán bi¿n đián nàng thành nhiát năng.
Trong cuán dây xÁy ra chÿ y¿u là hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng tr°ồng từ Ngoài ra dũng điỏn dÁn cũng gõy ra tổn hao nhiỏt trong dõy d¿n cÿa cuán dây nên trong cuán dây cũng xÁy ra hián t°ÿng tiêu tán Trong cuán dây cũng xÁy ra hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng tr°ồng điỏn nh°ng th°ồng r¿t yờu và cú thể bó qua n¿u tÁn sụ làm viỏc (và do đú tốc đỏ bi¿n thiờn cÿa tr°ồng điỏn từ) không lãn lÃm
Trong điỏn trỗ thāc, hiỏn t°ÿng chÿ y¿u xÁy ra là hiỏn t°ÿng tiờu tỏn bi¿n đổi năng l°ÿng tr°ồng điỏn từ thành nhiỏt năng N¿u tr°ồng điỏn từ bi¿n thiờn khụng lón lÃm, cú th¿ bóqua dũng điỏn dòch (giÿa cỏc vũng dõy qu¿n hoặc giÿa cỏc lóp điỏn trỗ) so vói dũng điỏn d¿n và bó qua sāc điỏn đỏng cÁm āng so vói sāt ỏp trờn điỏn trỗ, núi cỏch khỏc bó qua hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng điỏn từ
Trong Ãc qui xÁy ra hián t°ÿng nguồn bi¿n đổi từ hóa năng sang đián nàng; đồng thồi cũng xÁy ra hiỏn t°ÿng tiờu tỏn.
Các mô hình toán trong m¿ch đián
Mô hình m¿ch dùng trong lý thuy¿t m¿ch đián, đ°ÿc xây dāng từ các
5 phần tử mạch lý tưởng sau đây:
- Phần tử điện trở: là phÁn tử đặc tr°ng cho hián t°ÿng tiêu tán năng l°ÿng điỏn từ Ký hiỏu cÿa phÁn tử điỏn trỗ nh° trờn H.1.5a Quan hỏ giÿa dũng và ỏp trờn hai cāc cÿa phÁn tử điỏn trỗ ỗ d¿ng u - Ri, trong đú R là mỏt thụng số c bÁn cÿa m¿ch điỏn đặc tr°ng cho hiỏn t°ÿng tiờu tỏn năng l°ÿng, gỏi là điỏn trỗ
- Phần tử điện cảm: là phÁn tử đặc tr°ng cho hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng tr°ồng từ, ký hiỏu nh° trờn H.l.ừb Quan hỏ giÿa dũng và ỏp trờn phÁn tử điỏn cÁm th°ồng cú d¿ng u = L di dt , trong đó L là mát thông sốc¢ bÁn cÿa m¿ch điỏn đặc tr°ng cho hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng tr°ồng từ, gỏi là điỏn cÁm
- Phần tử điện dung: là phÁn tửđặc tr°ng cho hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng tr°ồng điỏn, ký hiỏu nh° H.1.5c Quan hỏ giÿa dũng và ỏp th°ồng có d¿ng i =C du dt , trong đó c gái là đián dung là mát thông số c¢ bÁn cÿa m¿ch điỏn đặc tr°ng cho hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng tr°ồng điỏn
- PhÁn tử nguồn: là phÁn tử đặc tr°ng cho hián t°ÿng nguồn PhÁn tử nguồn gồm hai lo¿i: phÁn tử nguồn áp (H.l.5d) và phÁn từ nguồn dòng (H.l.5e) Ph°¢ng trình tr¿ng thái cÿa phÁn tử nguồn áp có d¿ng u(t) = e(t), trong đó e(t) không phā thuác dòng i(t) chÁy qua phÁn tử và đ°ÿc gái là sāc đián đáng Ph°¢ng trình tr¿ng thái cÿa phÁn tử nguồn dòng có d¿ng i(t) = j(t), trong đó j(t) không phā thuác áp u(t) trên hai cāc ctìa phÁn tử e(t) và u(t) là hai thông số c¢ bÁn cÿa m¿ch đián đặc tr°ng cho hián t°ÿng nguồn, đo khÁ năng phát cÿa nguồn
R, L, c, e, j là các thông số c¢ bÁn cÿa m¿ch đián, đặc tr°ng cho bÁn ch¿t cÿa quỏ trỡnh điỏn từ (tiờu tỏn, tớch phúng năng l°ÿng điỏn tr°ồng hoặc từ tr°ồng hoặc hiỏn t°ÿng nguồn) Cỏc phÁn tử điỏn trỗ, điỏn cÁm, điỏn dung, nguồn ỏp, nguồn dũng là cỏc phÁn tử lý t°ỗng c bÁn cÿa m¿ch điỏn, chỳng là các phÁn tử hai cāc Ngoài ra để tián lÿi và chính xác h¢n khi mô hình các phÁn tử thāc cú nhiÁu cāc nh°: transistor, khu¿ch đ¿i thuÁt toỏn, bi¿n ỏp v.v ng°ồi ta cũn xõy dāng thờm cỏc phÁn tử lý t°ỗng nhiÁu cāc nh°: cỏc phÁn tử nguồn phā thuỏc, phÁn tử cú ghộp hò cÁm, bi¿n ỏp lý t°ỗng v.v (māc 1.3.2)
Các thành phần của mạch điện có thể được biểu diễn bằng một hoặc nhiều thành phần mạch lý tưởng được kết hợp lại với nhau theo một cách nào đó để mô tả chính xác hoạt động của mạch điện thực tế.
H.l.6a,b, c là mụ hỡnh cÿa cỏc phÁn tử thāc điỏn trỗ, tā điỏn, cuỏn dõy Cỏc phÁn tử lý t°ỗng điỏn cÁm L, điỏn dung c, điỏn trỗ R theo thā tā phÁn Ánh quỏ trỡnh điỏn từ c bÁn xÁy ra trong cuỏn dõy, tāđiỏn, điỏn trỗ thāc Ngoài ra, trong các điÁu kián cā thể phÁi l°u ý đ¿n các quá trình phā (ký sinh) xÁy ra trong phÁn tử thāc bằng cách bổ sung thêm vào mô hình các phÁn tử ký sinh t°¢ng āng
Trong mô hình cuán dây, ngoài phÁn tử đián cÁm L, đặc tr°ng cho quá trỡnh c bÁn trong cuỏn dõy là quỏ trỡnh tớch, phúng năng l°ÿng tr°ồng tÿ, trong nhiÁu tr°ồng hÿp phÁi l°u ý đ¿n cỏc điỏn trỗ r L phÁn Ánh tổn hao năng l°ÿng trong cuỏn dõy và trong lừi ổ tÁn số cao cũn phÁi kể đ¿n Ánh h°ỗng cÿa điỏn dung ký sinh giÿa các vòng dây
Mạch điện thường gồm hai phần tử điện dung C và điện trở r, trong đó điện dung là phần tử quan trọng đặc trưng cho quá trình tích phóng năng lượng trong điện trường, còn điện trở r tính đến tổn hao trong mạch điện Nếu tần số làm việc rất cao thì phải lưu ý đến điện cảm L của dây nối Ở tần số cao, trong mạch điện trở thuần cũng phải lưu ý đến các tham số điện cảm Lr và điện dung Cr nhưng trong hầu hết trường hợp ta có thể bỏ qua.
Mòi phÁn tử m¿ch lý t°ỗng t°Âng āng vói mỏt cỏch biểu diòn hỡnh hỏc (H.1.5)
Mụ hỡnh cÿa mỏt phÁn tử thāc cú thể đ°ÿc mụ tÁ hỡnh hỏc bỗi mỏt s đồ gồm mỏt hoÁc nhiÁu phÁn tử lý t°ỗng ghộp nối vói nhau, đ°ÿc gỏi là s đồ thay th¿ hoặc s¢ đồ t°¢ng đ°¢ng cÿa phÁn tử thāc Vi dā, (H.1.6a,b,c) là s¢ đồ thay thê' cÿa điỏn trỗ, tāđiỏn, cuỏn dõy
• Bỗi vỡ m¿ch điỏn thāc gồm cỏc phÁn tử thāc ghộp nối vói nhau theo mỏt s¢ đồ nối dây cā thể nào đó, nên từ s¢ đồ thay th¿ cÿa từng phÁn tử thāc và s¢ đồ nô'i dây cÿa m¿ch đián có thể mô tÁ hình hác mô hình cÿa m¿ch đián thāc bỗi mỏt s đồ gỏi là s đồ thay th¿ (t°Âng đ°Âng) cÿa m¿ch đián, hay gái tÃt là s¢ đồ m¿ch K¿t câ'u hình hác cÿa s¢ đồ thay thê' phÁi giống nh° k¿t c¿u cÿa m¿ch điỏn thāc, tuy nhiờn mòi phÁn tử thāc đó đ°ÿc thay bằng s¢ đồ thay th¿ cÿa nó
Ví dā, H.1.7 là s¢ đồ nối dây cÿa mát m¿ch đián đ¢n giÁn gồm mát Ãc qui cung c¿p đián năng cho đgn
7 sÿi nung S¢ đồ m¿ch cÿa m¿ch đián này đ°ÿc cho trên H.1.8, trong đó Ãc qui đ°ÿc mụ hỡnh bỗi mỏt phÁn tử nguồn ỏp E (đặc tr°ng cho hiỏn t°ÿng nguồn trong Ãc qui) mÃc nối ti¿p vói mỏt điỏn trỗ r tr (đặc tr°ng cho tổn hao điỏn năng trong Ãc qui) gỏi là điỏn trỗ trong cÿa nguồn, cũn đgn sÿi nung chỉ cú hiỏn t°ÿng tiờu tỏn nờn đ°ÿc đặc tr°ng bằng điỏn trỗ r trờn s đồ (điỏn trỗ cÿa dõy nối đ°ÿc bã qua)
CH¯ĂNG 1: CÁC KHÁI NIàM CĂ BÀN VÀ MắCH ĐIàN
N àI DUNG CH¯¡NG
M¿ch đián và mô hình
Là mỏt hỏ thống gồm cỏc thi¿t bò điỏn, điỏn tử ghộp l¿i trong đú xÁy ra cỏc quỏ trỡnh truyÁn đ¿t, bi¿n đổi năng l°ÿng hay tớn hiỏu điỏn từ đo bỗi cỏc đ¿i l°ÿng dòng đián, đián áp M¿ch đián đ°ÿc c¿u trúc từ các phÁn tử m¿ch đián Hai lo¿i phÁn tử chính cÿa m¿ch đián là nguồn và phā tÁi
Nguồn là các phÁn tử dùng để cung c¿p năng l°ÿng đián hoặc tín hiáu đián cho m¿ch, ví dā nh° máy phát đián (bi¿n đổi c¢ nàng thành đián năng), Ãc qui (bi¿n đổi hóa năng sang đián nàng), cÁm bi¿n nhiát, V.V
Phā tài là cỏc thi¿t bò nhÁn năng l°ÿng điỏn hay tớn hiỏu điỏn, vớ dānh° đỏng c đián (bi¿n đián nàng thành c¢ năng), đgn đián (bi¿n đián năng sang quang năng), b¿p đián, bàn là, ống tia đián tử, V.V
Ngoài hai lo¿i chớnh trờn, trong m¿ch điỏn cũn cú nhiòu lo¿i phÁn tử khỏc nhau nh°: phÁn tử dựng để nối nguồn vói phā tÁi (vớ dā dõy nối, đ°ồng dõy tÁi đián), phÁn tử làm thay đổi áp và dòng trong các phÁn khác cÿa m¿ch (máy bi¿n ỏp, mỏy bi¿n đũng), phÁn tử làm giÁm hoặc tăng c°ồng cỏc thành phÁn nào đú cÿa tín hiáu (các bá lác, bá khu¿ch đ¿i), V.V
Trờn mòi phÁn tử th°ồng cú mỏt số đÁu nối ra gỏi là cỏc cāc dựng để nối
8 nó vãi các phÁn tử khác Dòng đián đi vào hoặc ra phÁn tử từ các cāc PhÁn tử có thể có hai cāc, ba cāc, bốn cāc hay nhiÁu cāc
Ví dā, cuán dây, tāđián là phÁn tử hai cāc
Transistor là phÁn tử ba cāc; ináy bi¿n áp, khu¿ch đ¿i thuÁt toán là phÁn tử nhiÁu cāc
Khi kích thước phân tử nhỏ hơn nhiều so với độ dài bước sóng của bức xạ điện từ, thì trên các cạnh của phân tử có thể định nghĩa các đại lượng cường độ điện, cường độ từ và có thể dùng hai đại lượng này để đo cường độ chung (sóng toàn phần) của quá trình điện từ xảy ra bên trong phân tử Cường độ từ và cường độ điện được định nghĩa như sau:
- Đián áp giÿa điểm A vãi điểm B là công cÁn thi¿t để làm dòch chuyển mỏt đÂn vò điỏn tích (1 coulomb) từA đ¿n B ĐÂn vò cÿa điỏn ỏp là vụn (V) Điỏn ỏp đ°ÿc ký hiáu là u
Trên H.l.l: u - là đián áp giÿa A vãi B: d¿u + đ°ÿc đặt ỗ phớa A d¿u - ỗ phớa B Đôi khi thay vì dùng các d¿u +, - + u
UAB - đián áp giÿa A vãi B và ta có: UAB = - UBA
Hình 1.2a và 1.2b t°¢ng đ°¢ng vãi nhau
Cường độ dòng điện (gọi tắt là dòng điện) là lượng điện tích dịch chuyển qua một bề mặt nhất định (tiết diện ngang của dây dẫn, nếu là dòng điện chạy trong dây dẫn) trong một đơn vị thời gian Dòng điện được ký hiệu là i và đơn vị là ampe (A) Chiều dòng điện, theo định nghĩa, là chiều chuyển động của các điện tích dương (hay là ngược chiều với chiều chuyển động các điện tích âm) Để tiện lợi, người ta chọn tùy ý một chiều và ký hiệu bằng mũi tên như trên Hình 1.3 và gọi là chiều dương.
Hình 1.4a và H.1.4b t°¢ng đ°¢ng vãi nhau
2.1.2 Các hiện tượng điện từ
Các hián t°ÿng đián từ gồm r¿t nhiÁu vẻ, nh° hián t°ÿng chỉnh l°u, tách sóng, t¿o hàm, t¿o sóng, bi¿n áp, khu¿ch đ¿i, V V Tuy nhiên nêu xét theo quan điểm năng l°ÿng thì quá trình đián từ trong m¿ch đián có thể qui vÁ hai hián t°ÿng năng l°ÿng c¢ bÁn là hirn t°ÿng bi¿n đổi năng l°ÿng và hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng đián từ
2.1.2.1 Hiện tượng biến đổi năng lượng
Hián t°ÿng bi¿n đối năng l°ÿng có thể chia làm hai lo¿i:
- Hián t°ÿng nguồn: là hián t°ÿng bi¿n đổi từ các d¿ng năng l°ÿng khác nh° c¢ năng, hóa nàng, nhiát năng v.v thành năng l°ÿng đián từ
- Hián t°ÿng tiêu tán: là hián t°ÿng bi¿n đổi năng l°ÿng đián từ thành các d¿ng năng l°ÿng khỏc nh° nhiỏt, cÂ, quang, húa năng tiờu tỏn đi khụng hoàn trỗ l¿i trong m¿ch nÿa
2.1.2.2 Hiện tượng tích phóng năng lượng
Hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng đián từ là hián t°ÿng năng l°ÿng đián từ đ°ÿc tớch vào mỏt vựng khụng gian cú tồn t¿i tr°ồng điỏn từ hoặc đ°a từ vùng đó trÁ l¿i bên ngoài Để thuÁn tiỏn cho viỏc nghiờn cāu, ng°ồi ta coi sā tồn t¿i cÿa mỏt tr°ồng điỏn từ thống nh¿t gồm hai mặt thờ hiỏn: tr°ồng điỏn và tr°ồng từ Vỡ vÁy hiỏn t°ÿng tích phóng năng l°ÿng đián từ cũng gồm hián t°ÿng tích phóng năng l°ÿng trong tr°ồng từ và hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng trong tr°ồng điỏn
Bỗi vỡ dũng điỏn và tr°ồng điỏn từ cú liờn quan chặt chẽ vói nhau nờn trong b¿t kỳ thi¿t bò điỏn nào cũng đÁu xÁy ra cÁ hai hiỏn t°ÿng bi¿n đổi và tớch phúng năng l°ÿng Nh°ng cú thể trong mỏt thi¿t bò thỡ hiỏn t°ÿng năng l°ÿng này xÁy ra m¿nh h¢n hián t°ÿng năng l°ÿng kia Ví dā, ta xét các phÁn tử thāc là điỏn trỗ, tāđiỏn, cuỏn dõy, Ãc qui
Trong tā đián, hián t°ÿng năng l°ÿng chÿ y¿u xÁy ra là hián t°ÿng tích phúng năng l°ÿng tr°ồng điỏn Ngoài ra do điỏn mụi giÿa hai cốt tā cú đỏ d¿n đián hÿu h¿n nào đó nên trong tā cũng xÁy ra hián t°ÿng tiêu tán bi¿n đián nàng thành nhiát năng.
Trong cuỏn dõy xÁy ra chÿ y¿u là hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng tr°ồng từ Ngoài ra dòng đián dÁn cũng gây ra tổn hao nhiát trong dây d¿n cÿa cuán dây nên trong cuán dây cũng xÁy ra hián t°ÿng tiêu tán Trong cuán dây cũng xÁy ra hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng tr°ồng điỏn nh°ng th°ồng r¿t yờu và cú thể bó qua n¿u tÁn sụ làm viỏc (và do đú tốc đỏ bi¿n thiờn cÿa tr°ồng điỏn từ) khụng lãn lÃm
Trong điỏn trỗ thāc, hiỏn t°ÿng chÿ y¿u xÁy ra là hiỏn t°ÿng tiờu tỏn bi¿n đổi năng l°ÿng tr°ồng điỏn từ thành nhiỏt năng N¿u tr°ồng điỏn từ bi¿n thiờn khụng lón lÃm, cú thể bóqua dũng điỏn dòch (giÿa cỏc vũng dõy qu¿n hoặc giÿa cỏc lóp điỏn trỗ) so vói dũng điỏn d¿n và bó qua sāc điỏn đỏng cÁm āng so vói
10 sāt ỏp trờn điỏn trỗ, núi cỏch khỏc bó qua hiỏn t°ÿng tớch phúng năng l°ÿng điỏn từ
Mô hình m¿ch dùng trong lý thuy¿t m¿ch đián, đ°ÿc xây dāng từ các phÁn tử m¿ch lý t°ỗng sau đõy:
Các khái niám c¢ bÁn trong m¿ch đián
2.2.1 Dòng điện và chiều qui ước của dòng điện Đònh nghĩa dũng điỏn là dũng chuyển dồi cú h°óng cÿa cỏc h¿t mang đián Trong mát m¿ch đián, dòng đián đ°ÿc t¿o ra từ sā di chuyển cÿa các h¿t electron dác theo chiÁu dài dây d¿n Bên c¿nh đó thì các h¿t mang đián cũng có thể là ion hay ch¿t đián ly nÿa đ¿y Vì chúng cũng là dòng electron di chuyển và cú h°óng theo dõy d¿n mà đi qua cỏc thi¿t bò tiờu thā điỏn để phāc vā nhu cÁu cÿa con ng°ồi Dũng điỏn th°ồng đ°ÿc cỏc nhà khoa hỏc quy °óc là dũng chuyển dồi cú h°óng cÿa cỏc điỏn tớch d°Âng Khi đú trong m¿ch điỏn cú dõy d¿n kim lo¿i, electron là các h¿t mang đián, dòng electron có đá lãn bằng vãi đá lãn cÿa dòng đián và có chiÁu ng°ÿc vãi chiÁu cÿa dòng đián trong m¿ch
Dũng điỏn th°ồng đ°ÿc ký hiỏu bằng ký hiỏu I Đònh luÁt Ohm, liờn quan đ¿n dũng điỏn ch¿y qua mỏt dõy d¿n đ¿n điỏn ỏp V và điỏn trỗ R; đú là, V = IR
Mát tuyên bố khác cÿa luÁt Ohm, là I = V / R
Quy °ãc vÁ chiÁu dòng đián là chiÁu từ cāc d°¢ng đi qua dây d¿n và các dāng cāđián tãi cāc âm cÿa nguồn đián
Theo đònh nghĩa dũng điỏn là dũng dòch chuyển cÿa cỏc h¿t mang điỏn tớch, chỳng ta sẽ xỏc đònh đ°ÿc cāc d°Âng và cāc õm theo chiÁu cÿa chỳng Cú quy °ãc rằng: H°ãng hián t¿i là theo n¢i mà mát đián tích d°¢ng sẽ di chuyển, chā không phÁi là mát đián tích âm
Vì vÁy, n¿u các electron thāc hián chuyển đáng thāc t¿ trong mát t¿ bào theo mỏt chiÁu nh¿t đònh, thỡ dũng điỏn ch¿y theo h°óng ng°ÿc l¿i Dũng điỏn ch¿y ng°ÿc chiÁu vãi các h¿t mang đián tích âm, chẳng h¿n nh° electron trong kim lo¿i Dòng đián ch¿y cùng chiÁu vãi ch¿t mang đián tích d°¢ng, ví dā, khi các ion d°¢ng hoặc proton mang đián tích
Dòng điện trong mạch có thể di chuyển theo chiều bất kỳ, khi cường độ dòng điện I trong mạch, chiều dòng điện quy ước được đánh dấu, thường bằng mũi tên trên sơ đồ mạch điện Đó gọi là hướng tham chiếu của dòng điện I, nếu cường độ dòng điện di chuyển ngược hướng tham chiếu, khi đó I có giá trị âm.
Có 2 lo¿i dòng đián là dòng đián xoay chiÁu và dòng đián mát chiÁu
Sau khi nÃm đ°ÿc khái niám dòng đián, chúng ta cũng cÁn bi¿t mát khái niỏm liờn quan, chớnh là c°ồng đỏ dũng điỏn
C°ồng đỏdũng điỏn là chỉ số cho bi¿t đỏ m¿nh y¿u cÿa mỏt dũng điỏn, đ°ÿc đo bằng Ampe k¿ Mòi mỏt nguồn điỏn sẽ cú mỏt c°ồng đỏ dũng điỏn khỏc nhau ĐÂn vò là Ampe (kớ hiỏu: A)
Theo cụng thāc tớnh c°ồng đỏdũng điỏn thỡ:
Cụng thāc tớnh c°ồng đỏdũng điỏn trung bỡnh:
Trong đó: Δt là khoÁng thồi gian đ°ÿc xột, đÂn vò là s (giõy) ΔQ là điỏn l°ÿng chuyển qua bÁ mặt đ°ÿc xột trong khoÁng thồi gian Δt, đÂn vò là C (coulomb)
Itb là c°ồng đỏdũng điỏn trung bỡnh, đÂn vò là A (ampe)
Vói Ampe k¿ là mỏt dāng cā chuyờn dāng để đo đỏ lón c°ồng đỏ dũng đián, chỉ số cÿa ampe k¿ càng lãn thì dòng đián càng m¿nh và ng°ÿc l¿i
MÁt đỏ dũng điỏn là tốc đỏmà điỏn tớch đi qua mỏt khu vāc, Là c°ồng đỏ dũng điỏn trờn mỏt đÂn vò diỏn tớch mặt cÃt ngang Ho¿t đỏng theo h°óng tựy ý, n¿u các đián tích chuyển đáng là d°¢ng, thì mÁt đá dòng đián có cùng d¿u vãi vÁn tốc cÿa các đián tích Đối vãi các đián tích âm, d¿u cÿa mÁt đá dòng đián ng°ÿc vãi vÁn tốc cÿa các đián tích
Trong các vÁt liáu tuy¿n tính nh° kim lo¿i và d°ãi tÁn số th¿p, mÁt đá dòng đián qua bÁ mặt dây d¿n là đồng nh¿t Đối vãi dòng đián xoay chiÁu, đặc biỏt là ỗ tÁn số cao hÂn, hiỏu āng da làm cho dũng điỏn lan truyÁn khụng đÁu trờn ti¿t diỏn dõy d¿n, vói mÁt đỏ cao hÂn ỗ gÁn bÁ mặt, do đú làm tăng điỏn trỗ biểu ki¿n.
Các phép bi¿n đổi t°¢ng đ°¢ng
- Trình bày đ°ÿc phép bi¿n đổi t°¢ng đ°¢ng các nguồn đián
- Trỡnh bày đ°ÿc phộp bi¿n đổi t°Âng đ°Âng cỏc điỏn trỗ
- LÃp ráp và đo đ¿c đ°ÿc các thông số cÿa m¿ch đián mát chiÁu
Trong thāc t¿ đôi khi ta cÁn làm đ¢n giÁn mát phÁn m¿ch phāc t¿p thành mát phÁn m¿ch t°¢ng đ°¢ng đ¢n giÁn h¢n Viác bi¿n đổi m¿ch t°¢ng đ°¢ng th°ồng đ°ÿc làm để cho m¿ch mói cú ớt phÁn tử, ớt số nỳt, ớt số vũng và ớt số nhánh h¢n m¿ch tr°ãc đó, do đó làm giÁm đi số ph°¢ng trình phÁi giÁi
M¿ch t°Âng đ°Âng đ°ÿc đònh nghĩa nh° sau: điỏnỏp đònh māc cÿa cuỏn dõy, cuỏn dõy sẽ bò hóng
2.4.2 Mạch ba pha có 1 phụ tải nối tam giác
Vớ dā 4.7: Mỏt tÁi ba pha cú điỏn trỗ pha R p = 20, điỏn khỏng pha X p 15 nối hình tam giác, đ¿u vào m¿ng đián có đián áp dây Ud = 220V Tính dòng đián pha
I p , dũng điỏn dõy I d , cụng su¿t tÁi tiờu thā và vẽ đồ thò vect điỏn ỏp dõy và dũng
Theo s¢ đồ nối dây m¿ch đián, tÁi nối tam giác Đián áp pha cÿa tÁi: U p = U d = 200V
2.4.3 Mạch ba pha có nhiều phụ tải mắc nối hoặc song song
Ví dā 4.8: Mát m¿ch đián 3 pha có dây trung tính 380V/220V cung c¿p điỏn cho 90 búng đgn sÿi đốt, số hiỏu đònh māc cÿa mòi đgn Uđm = 220V; P đm 60W
Sốbóng đgn đ°ÿc phân đÁu cho 3 pha a Vẽs¢ đồ m¿ch ba pha b Tính I A , I B , I C , I 0 , P khi t¿t cÁbóng đgn đÁu bÁt sáng
GiÁi: a M¿ch đián 3 pha 380V/220V là m¿ch ba pha 4 dây, 3 pha và dây trung tính 380V là đián áp dây (giÿa các dây pha) 220V là đián áp pha (giÿa dây pha và dây trung tính)
Bóng đèn 220V mắc song song với nhau giữa dây pha và dây trung tính Điện áp đặt lên các đèn là 220V bằng Uđm của đèn, các đèn làm việc đúng định mức Vì vỡ điện ở áp đặt lớn bằng định mức nên bóng đèn bằng định mức công suất bóng đèn tiêu thụ bằng định mức.
T¿t cÁ bóng đgn đÁu bÁt sáng m¿ch ba pha đối xāng công su¿t đián các pha bằng nhau
Hỡnh 4.14 Đồ thòvect vớ dā 4.8
TÁi cỏc búng đgn, thuÁn điỏn trỗ R, gúc lỏch pha
= 0; cos = 1, nên dòng đián các pha là:
Cõu hòi ụn tập và bài tập
4.1 Nêu nhÿng °u điểm cÿa m¿ch đián ba pha
4.2 Các đặc điểm cÿa m¿ch đián ba pha đối xāng
4.3 Đònh nghĩa điỏn ỏp pha, điỏn ỏp dõy; dũng điỏn pha, dũng điỏn dõy và quan há giÿa chúng khi nối sao và nối tam giác
4.4 Trình bày các b°ãc giÁi m¿ch đián ba pha
4.5 Các biểu thāc cÿa công su¿t P, Q, S trong m¿ch ba pha đối xāng
4.6 Vai trò cÿa dây trung tính trong m¿ch đián ba pha tÁi đối xāng
4.7 Mát nguồn đián ba pha nối sao, U pn = 120V cung c¿p đián cho tÁi nối sao có dõy trung tớnh TÁi cú điỏn trỗ pha R p = 180
Tính U d , I d , I p , I 0 , P cÿa m¿ch 3 pha Đáp số: Ud = 207,84V; Id = Ip = 667mA; I0 = 0; P = 240W
4.8 Mát nguồn đián ba pha đối xāng đ¿u sao cung c¿p cho tÁi ba pha đối xāng đ¿u tam giỏc Bi¿t dũng điỏn pha cÿa nguồn Ipn = 17,32A, điỏn trỗ mòi pha cÿa tÁi
R p = 38 Tính đián áp pha cÿa nguồn và công su¿t P cÿa nguồn cung c¿p cho tÁi
3 pha Đáp số: Upn = 220V; Pn = Pt = 11400W
4.9 Mát tÁi ba pha đối xāng đ¿u hình tam giác, bi¿t R p = 15; X= = 6, đ¿u vào m¿ng đián 3 pha U d = 380V Tính I p , I d , P, Q cÿa tÁi Đáp số: I p = 23,5A; I d = 40,7A; P = 24893,5W; Q = 9957,4A
4.10 Mát đáng c¢ đián 3 pha đ¿u vào m¿ng 3 pha U d = 380V, bi¿t dòng đián dây
I d = 26,81A; há số công su¿t cos = 0,85 Tính dòng đián pha cÿa đáng c¢, công
86 su¿t đián đáng c¢ tiêu thā Đáp số: Ip = Id = 26,81A; P đián = 15kW
