CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Mạch điện và mô hình Mạch điện là 1 hệ thống gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo bởi các đại lượng dòng điện và điện áp. Mạch điện được cấu trúc từ các phần tử riêng rẻ đủ nhỏ, thực hiện các chức năng xác định được gọi là các phần tử mạch điện. Nguồn là các phần tử dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho mạch, ví dụ máy phát điện, ắc qui Phụ tải là các thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện, ví dụ đèn điện, bếp điện, động cơ điện . . . Điện áp giữa điểm A với điểm B là công cần thiết để làm dịch chuyển 1 đơn vị điện tích(1 coulomb) từ A đến B. Đơn vị của điện áp là vôn(V). uAB: điện áp giữa A và B uBA = uAB: điện áp giữa B và A Dòng điện là dòng các điện tích chuyển dịch có hướng. Cường độ dòng điện là lượng điện tích dịch chuyển qua 1 bề mặt nào đó trong 1 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(ngược với chiều chuyển động của các điện tích âm). Hiện tượng nguồn là hiện tượng biến đổi từ các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, hóa năng. . . thành năng lượng điện từ. Hiện tượng tiêu tán là hiện tượng biến đổi năng lượng điện từ thành các dạng năng lượng khác như nhiệt, cơ, quang, hóa năng tiêu tán đi không hoàn trở lại trong mạch nữa. Trường điện từ gồm 2 mặt thể hiện: trường điện và trường từ Trong tụ điện, hiện tượng năng lượng chủ yếu xảy ra là hiện tượng tích phóng năng lượng trường điện. Trong cuộn dây xảy ra chủ yếu là hiện tượng tích phóng năng lượng trường từ Trong điện trở thực, hiện tượng chủ yếu xảy ra là hiện tượng tiêu tán biến đổi năng lượng trường điện từ thành nhiệt năng. Mô hình mạch được xây dựng từ các phần tử mạch lý tưởng sau: Phần tử điện trở: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ. Quan hệ giữa dòng và áp trên phần tử điện trở là u = Ri
Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Trang CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Mạch điện mơ hình Mạch điện hệ thống gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại xảy q trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện từ đo đại lượng dòng điện điện áp Mạch điện cấu trúc từ phần tử riêng rẻ đủ nhỏ, thực chức xác định gọi phần tử mạch điện Nguồn phần tử dùng để cung cấp lượng điện tín hiệu điện cho mạch, ví dụ máy phát điện, ắc qui Phụ tải thiết bị nhận lượng điện hay tín hiệu điện, ví dụ đèn điện, bếp điện, động điện Điện áp điểm A với điểm B công cần thiết để làm dịch chuyển đơn vị điện tích(1 coulomb) từ A đến B Đơn vị điện áp vôn(V) uAB: điện áp A B uBA = -uAB: điện áp B A Dòng điện dịng điện tích chuyển dịch có hướng Cường độ dịng điện lượng điện tích dịch chuyển qua bề mặt đơn vị thời gian Dòng điện ký hiệu i đơn vị Ampe(A) Chiều dòng điện theo định nghĩa chiều chuyển động điện tích dương(ngược với chiều chuyển động điện tích âm) Hiện tượng nguồn tượng biến đổi từ dạng lượng khác năng, nhiệt năng, hóa thành lượng điện từ Hiện tượng tiêu tán tượng biến đổi lượng điện từ thành dạng lượng khác nhiệt, cơ, quang, hóa tiêu tán khơng hồn trở lại mạch Trường điện từ gồm mặt thể hiện: trường điện trường từ - Trong tụ điện, tượng lượng chủ yếu xảy tượng tích phóng lượng trường điện - Trong cuộn dây xảy chủ yếu tượng tích phóng lượng trường từ - Trong điện trở thực, tượng chủ yếu xảy tượng tiêu tán biến đổi lượng trường điện từ thành nhiệt Mơ hình mạch xây dựng từ phần tử mạch lý tưởng sau: - Phần tử điện trở: phần tử đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng điện từ Quan hệ dòng áp phần tử điện trở u = Ri Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Trang - Phần tử điện cảm: phần tử đặc trưng cho tượng tích phóng lượng trường từ Quan hệ dòng áp phần tử điện cảm u=Ldi/dt Với L điện cảm - Phần tử điện dung: phần tử đặc trưng cho tượng tích phóng lượng trường điện Quan hệ dòng áp phần tử điện dung i = Cdu/dt Với C điện dung - Phần tử nguồn: Là phần tử đặc trưng cho tượng nguồn Phần tử nguồn gồm loại: phần tử nguồn áp phần tử nguồn dòng 1.2 Các phần tử mạch tuyến tính 1.2.1 Phần tử điện trở Phần tử điện trở định nghĩa phần tử đặc trưng quan hệ dòng điện điện áp u = fR(i) i = φR(u) Trong fR φR hàm liên tục Nếu hàm u = fR(i) i = φR(u) đường thẳng ta có phần tử điện trở tuyến tính Quan hệ dòng điện điện áp biểu thị qua định luật Ohm: u=Ri với R = u/i điện trở đo Ohm(Ω)) G =1/R gọi điện dẫn đo Siemen(S) mho( J ) (Ω)-1) 1.2.2 Phần tử điện dung Phần tử điện dung đặc trưng quan hệ điện tích tích lũy cốt tụ điện áp cốt tụ q = fc(u) Nếu hàm đường thẳng ta có phần tử điện dung tuyến tính Trong trường hợp này: q=Cu Với C = q/u điện dung tính Farad(F) Dịng điện chảy qua điện dung tốc độ biến thiên điện tích: Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Trang i(t)=dq(t)/dt Với q(t) = Cu(t) Nếu điện dung C không thay đổi theo thời gian : i(t)=C.du(t)/dt t → u (t ) = ò i(τ)dτ + u (to ) C t o Với u(to) = q(to)/C 1.2.3 Phần tử điện cảm Là phần tử đặc trưng cho tượng tích phóng lượng từ trường Ký hiệu phần tử điện cảm L 1.2.4 Nguồn điện áp độc lập Là phần tử cực mà điện áp khơng phụ thuộc vào giá trị dịng điện cung cấp từ nguồn sức điện động nguồn u(t) =e(t) 1.2.5 Nguồn dòng độc lập Là phần tử cực mà dòng điện khơng phụ thuộc vào điện áp cực nguồn i(t) = j(t) Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Trang 1.2.6 Các nguồn phụ thuộc Nguồn dòng phụ thuộc áp Phần tử phát dòng điện i2 phụ thuộc vào điện áp u1 theo hệ thức: i2 = g.u1 Đơn vị g siemen(S), mho( J ) Nguồn áp phụ thuộc dòng Phần tử phát điện áp u2 mà phụ thuộc dòng i1 theo hệ thức: u2 = r.i1 Đơn vị r (Ω)) Nguồn áp phụ thuộc áp Phần tử phát điện áp: u2 = αu1u1 Nguồn dòng phụ thuộc dòng Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Phần tử phát dòng điện: i2 = βi1i1 1.3 Các định luật Kết cấu hình học mạch điện: 1.3.1 Định luật Kirchhoff (K1) Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Trang Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử 1.3.2 Định luật Kirchhoff (K2) Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Trang Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Trang Tổng đại số sức điện động vòng tổng đại số sụt áp phần tử khác å ±u vòng p = å ±ei vòng Nếu chiều vòng từ cực – sang cực + nguồn sức điện động sức điện động mang dấu +, ngược lại mang dấu - Đối với điện áp phần tử khác, chiều vòng từ cực + sang cực – điện áp điện áp mang dấu +, ngược lại mang dấu - VD 1.9: Cho mạch điện hình vẽ Xác định dịng điện nhánh điện áp dòng nguồn Giải: Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử VD1.10: Xác định U0 mạch hình 1.15 1.4 Biến đổi tương đương mạch 1.4.1 Biến đổi điện trở: 1.4.2 Biến đổi nguồn Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Trang Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử 1.4.3 Biến đổi - tam giác: 1.4.4 Nguồn sức điện động mắc nối tiếp với điện trở Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Trang Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử u=e-ri (1) j=i+u/r → u = rj – ri (2) (1) (2) → e = rj hay j = e/r Ví dụ 1: Cho mạch hình vẽ Tìm dịng điện i biết e = 6V Giải: Biến đổi tam giác thành sao: Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Trang 10 Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Tiếp tục biến đổi tương đương ta được: i=e/Rab = 2.24(A) Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Trang 11 ... phát điện áp: u2 = αu1u1 Nguồn dòng phụ thuộc dòng Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử Phần tử phát dòng điện: i2 = βi1i1 1.3 Các định luật Kết cấu hình học mạch điện: ... sức điện động sức điện động mang dấu +, ngược lại mang dấu - Đối với điện áp phần tử khác, chiều vòng từ cực + sang cực – điện áp điện áp mang dấu +, ngược lại mang dấu - VD 1.9: Cho mạch điện. .. định dòng điện nhánh điện áp dòng nguồn Giải: Biên soạn : ThS Phạm Văn Tâm Bài giảng kỹ thuật điện – điện tử VD1.10: Xác định U0 mạch hình 1.15 1.4 Biến đổi tương đương mạch 1.4.1 Biến đổi điện trở: