Bài giảng điện gia dụng chương 1 đh SPKT TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Chương 01 1.1.Những khái niệm mạch điện chiều 1.Nguồn điện chiều a.Pin, acquy b.Pin mặt trời c.Máy phát điện chiều Một số loại nguồn điện chiều sau: Biến đổi hóa thành - Để tăng điện áp mắc nối tiếp pin lại với nhau: - Để tăng dòng điện mắc song song pin lại với nhau: Pin mặt trời làm việc dựa vào hiệu ứng quang điện, biến đổi trực tiếp quang thành điện Máy phát điện chiều biến đổi đưa vào trục máy thành điện lấy cực dây quấn Bộ nguồn điện tử công suất không tạo điện áp mà biến đổi điện áp xoay chiều (lấy từ lưới điện) thành điện áp chiều lấy cực Phụ tải thiết bò điện tiêu thụ điện để biến đổi thành dạng lượng khác (động điện), nhiệt (bàn điện, bếp điện), quang (bòng đèn điện),… Mạch điện tập hợp thiết bò điện (nguồn, tải, dây dẫn) nối với dòng điện chạy qua Dây dẫn Th d.Bộ nguồn điện tử công suất 2.Phụ tải NỘI DUNG MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Dòng điện chiều có trò số chiều không đổi theo thời gian : n 3.Mạch điện ye n A MF ĐC Đ a gu Va Chương 01 Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương b N c B Co m pi le d by Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh, nhiều mạch vòng nhiều nút - Nhánh : nhánh phận mạch điện gồm có phần tử nối tiếp có dòng điện chạy qua - Nút : nút chỗ gặp nhánh (từ nhánh trở lên) - Mạch vòng : mạch vòng lối khép kín qua nhánh Ví dụ mạch hình vẽ gồm có máy phát (MF) cung cấp điện cho đèn (Đ) động điện (ĐC) hình thành nên mạch điện gồm nhánh (1, 3) mạch vòng (a, b c) 1.2.Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện 1.Dòng điện Dòng điện dòng chuyển dời có hướng hạt mang điện tích âm Đơn vò dòng điện Ampe, ký hiệu A Người ta quy ước chiều dòng điện chạy vật dẫn ngược với chiều chuyển động điện tử I 2.Điện áp Tại điểm mạch điện có điện ϕ Hiệu điện hai điểm gọi điện áp U, đơn vò volt, ký hiệu V ϕA ϕB UAB Nguồn Điện áp điểm A B là: U AB = ϕ A − ϕ B Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp U Tải Nguồn E Điện áp cực nguồn điện hở mạch (dòng điện I = 0) gọi sức điện động E -1- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG Công suất nguồn sức điện động là: P = EI Công suất mạch là: P = UI Đơn vò công suất Oát, ký hiệu W, 1kW = 1000W Khi tính toán, mạch điện thực thay sơ đồ gọi mô hình mạch điện, phần tử thực thay phần tử lý tưởng E, J, R Sức điện động E phần tử lý tưởng, có trò số điện áp U đo cực nguồn hở mạch Chiều sức điện động quy ước từ điện thấp đến điện + cao (cực âm tới cực dương) 3.Công suất 1.3.Mô hình mạch điện chiều 1.Sức điện động E E Hở mạch E U Nguồn _ n Th Chiều điện áp quy ước từ điện đến điện thấp, chiều hình vẽ thì: U=E Nguồn dòng điện J phần tử lý tưởng có trò số dòng điện ngắn mạch cực nguồn Nguồn J J Ngắn mạch N gu E ye n Va 2.Nguồn dòng điện J Điện trở R đặc trưng cho vật dẫn mặt cản trở dòng điện chạy qua Về tượng lượng, điện trở R đặc trưng cho tiêu tán, biến đổi điện tiêu thụ thành dạng lượng khác nhiệt năng, quang năng, … Công suất điện trở: P = RI R pi le d by 3.Điện trở R Co m 4.Thiết lập mô hình mạch điện a.Sơ đồ thay nguồn điện Sơ đồ thay nguồn điện gồm sức điện động E nối tiếp với điện trở Rn I Rn I Nguồn Sơ đồ thay nguồn dùng nguồn E E E I J Rn Sơ đồ thay nguồn dùng nguồn J Khi giải mạch điện có phần tử transisto, nhiều nguồn điện có sơ đồ thay E nguồn dòng điện J = mắc song song với điện trở Rn Rn -2- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG Các tải động điện chiều, acquy chế độ nạp điện thay sơ đồ gồm sức điện động E nối tiếp với điện trở Rn, chiều E ngược với chiều I Các tải bàn điện, bếp điện, bóng đèn điện,… thay điện trở R I chúng b.Sơ đồ thay tải Rn R E Một nguồn điện chiều có sức điện động E = 100V, điện trở Rn = 1Ω cung cấp điện cho tải có R = 24Ω Thiết lập mô hình mạch điện tính dòng điện tải It Cách giải 1: Mô hình mạch điện theo E vẽ hình vẽ: Dòng điện tải It : It E Rn=1Ω It = Rn + Rt Rt = 24Ω E = 100V 100 = = 4A + 24 Cách giải 2: Giải toán theo mô hình nguồn dòng điện: Nguồn dòng điện J: E 100 It J= = = 100 A Rn Va n Th Ví dụ: Rn = 1Ω Rt = 24Ω = 4A + 24 by N Là mạch có điện trở R, cuộn dây tụ điện I le d 1.4.Các đònh luật mạch điện 1.Đònh luật Ohm a.Mạch trở R J = 100A gu I t = 100 ye n Dòng điện tải It : R U Co m pi Biểu thức tính điện áp điện trở: U = RI Biểu thức tính dòng điện qua điện trở: U I= R - Đơn vò U V - Đơn vò I A - Đơn vò R Ω Trong mạch điện trở trên, I = 210mA, R = 100Ω Tính điện áp điện trở U Lời giải: Điện áp điện trở: U = RI = 100.0,21 = 21(V ) Ví dụ: b.Mạch có sức điện động E điện trở R Biểu thức tính điện áp U: U = U1 + U + U + U = R1 I − E1 + R2 I + E2 = (R1 + R2 )I − (E1 − E2 ) U1 I R1 U2 E1 U3 R2 U4 E2 U -3- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG Cho mạch điện hình vẽ: Ví dụ: I1 R1=2Ω A R3=1Ω I3 I2 R2=3Ω E1 E3 = 115V B Biết E1 = 100V, I1 = 5A Tính điện áp UAB dòng điện nhánh I2 I3 Lời giải: Tính điện áp UAB: U AB = E − R1 I = 100 − 2.5 = 90V Dòng điện I2: U AB − E 90 − 115 = = −25 A R3 Va I3 = Th Dòng điện I3: U AB 90 = = 30 A R2 n I2 = Do I3 = -25A < nên chiều thực dòng điện I3 ngược với chiều vẽ hình vẽ 2.Đònh luật Kiêcshôp a.Đònh luật Kiêcshôp I3 I1 N ∑ I nut = gu ye n Đònh luật cho ta quan hệ dòng điện nút, phát biểu sau: Tổng đại số dòng điện nút không Trong quy ước dòng điện tới nút lấy dấu dương, dòng điện rời khỏi nút lấy dấu âm by I2 d Theo hình vẽ thì: I + (− I ) + (− I ) = Đònh luật cho ta quan hệ sức điện động, dòng điện điện trở vòng khép kín, phát biểu sau: Đi theo mạch vòng khép kín theo chiều tùy ý chọn, tổng đại số sức điện động tổng đại số điện áp rơi điện trở mạch vòng ∑ RI = ∑ E Quy ước dấu: sức điện động, dòng điện có chiều trùng chiều mạch vòng lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm Theo hình vẽ thì: R1 I − R I + R I = E + E − E Co m pi le B.Đònh luật Kiêcshôp E1 R1 I1 R2 E2 R3 E3 I3 I2 -4- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG Tính dòng điện I3 sức điện động E1, E3 mạch điện hình vẽ Ví dụ: R1 I1 R3 B I3 I2 E1 R2 a E3 b A Cho biết I2 = 10A, I1 = 4A, R1 = 1Ω, R2 = 2Ω, R3 = 5Ω Lời giải: Áp dụng đònh luật Kiêcshôp nút A: − I1 + I − I = Th = 10 − = A Áp dụng đònh luật Kiêcshôp cho mạch vòng a: E = R1 I + R I ⇒ I = I − I1 ye n Va n = 1.4 + 2.10 = 24V Áp dụng đònh luật Kiêcshôp cho mạch vòng b: E = R3 I + R2 I = 5.6 + 2.10 = 50V Khi chuyển động vật dẫn, điện tích bò va chạm vào phần tử mang điện khác làm tăng mức chuyển động nhiệt phần tử Kết làm cho vật dẫn nóng lên, tác dụng nhiệt dòng điện Khi đặt điện áp U vào vật dẫn có điện trở R có dòng điện I chạy vật dẫn Lúc vật dẫn tiếp nhận công suất P sau: P = U I by N gu 3.Đònh luật Jun - Lenxơ pi le d = I R Trong khoảng thời gian t dòng điện thực công A sau: A = P t Co m = I R t Năng lượng (dưới dạng nhiệt năng) dòng điện I sinh khoảng thời gian t là: 1.5.Các biến đổi tương đương 1.Các điện trở mắc nối tiếp Q = A = I R.t Đơn vò A Q Jun, ký hiệu J Phát biểu đònh luật Jun – Lenxơ: Nhiệt lượng dòng điện sinh vật dẫn tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện, với điện trở vật dẫn thời gian tồn dòng điện vật dẫn Biến đổi tương đương nhằm mục đích đưa mạch điện phức tạp dạng đơn giản Khi biến đổi tương đương, dòng điện phận không bò biến đổi giữ nguyên R1 R2 Rn Rtđ Điện trở tương đương Rtđ điện trở R1, R2,…, Rn mắc nối tiếp là: R td = R1 + R + K + R n -5- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG 2.Các điện trở mắc song song R1 R2 Rtđ Rn Điện trở tương đương Rtđ điện trở R1, R2,…, Rn mắc song song tính sau: 1 1 = + +K+ R td R1 R Rn Trong trường hợp có điện trở R1 R2 mắc song song điện trở tương đương chúng là: R1 R Rtd = R1 + R Tính dòng điện mạch điện hình vẽ sau: Ví dụ: R3 = 2Ω R1 = 2,2Ω Th I R2 =18Ω 18 Va R4 = 6Ω n E = 110V gu ye n Lời giải: Trước hết tính điện trở tương đương R23 điện trở R2 R3 mắc song song: R R 18.2 = 1,8Ω R 23 = = R + R 18 + N Sau tính R23 ta có mạch thay đơn giản hơn: R1 = 2,2Ω by I R23 =1,8Ω le d E = 110V Co m pi R4 = 6Ω Các điện trở R1, R23 R4 mắc nối tiếp, điện trở tương đương R1234 tính sau: R1234 = R1 + R 23 + R4 = 2,2 + 1,8 + = 10Ω Dòng điện I tính: E 110 I= = 11 A R1234 10 3.Biến đổi (Y) thành tam giác (Δ) ngược lại a.Biến đổi thành tam giác Giả thiết có điện trở R1, R2, R3 nối hình Biến đổi hình thành điện trở đấu tam giác: 1 R1 R3 R31 R2 R12 R23 -6- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT R12 Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG R R = R1 + R + R3 R 23 = R + R + R2 R3 R1 R 31 = R + R1 + R R1 R2 Trong trường hợp hình đối xứng: R1 = R = R = R thì: R12 = R23 = R 31 = R R2 = R 23 R12 R12 + R 23 + R 31 R3 = R 31 R 23 R12 + R 23 + R 31 Giả thiết có điện trở R12, R23, R31 nối hình tam giác Biến đổi hình tam giác thành hình sao, điện trở cạnh hình tính sau: R12 R 31 R1 = R12 + R 23 + R 31 Th b.Biến đổi tam giác thành n Trong trường hợp hình tam giác đối xứng: R12 = R = R 31 = R thì: R Tính dòng điện I chạy qua nguồn mạch cầu hình vẽ, biết R1 = 12Ω, = R2 = 6Ω, R4 = 21Ω, R0 = 18Ω, E = 240V, Rn = 2Ω ye n Ví dụ: Va R1 = R = R = gu R2 R1 N by A Rn I E R3 R0 B C R3 R4 pi le d D Co m Lời giải: Biến đổi tam giác ABC (R1, R2, R0) thành RA, RB, RC : B R1 R 12.6 = = 2Ω RA = R1 + R + R 12 + + 18 R1 R0 12.18 = = 6Ω RB = R1 + R + R 12 + + 18 RC = Rn I RA RB E R0 R 18.6 = = 3Ω R1 + R + R 12 + + 18 O RC B C R3 D R4 Điện trở tương đương toàn mạch: (R + R3 ).(RC + R4 ) (6 + 6).(3 + 21) ROD = B = = 8Ω R B + R + RC + R + + + 21 Điện trở tương đương toàn mạch: R td = R n + R A + ROD = + + = 12Ω Dòng điện chạy qua nguồn: E 240 I= = = 20 A R td 12 -7- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG 1.1 Nguồn điện gì? Tải gì? Hãy cho ví dụ nguồn điện tải 1.2 Phát biểu đònh luật Ôm 1.3 Phát biểu đònh luật Kiêcshôp 1.4 Cho E = 100V, R = 10Ω, I = 5A Tính điện áp U: a) b) CÂU HỎI ÔN TẬP 1.5 Cho E = 50V, R = 5Ω, U = 40V Tính dòng điện I: a) b) Co m pi le d by N gu ye n Va n Th 1.6 Một tải có điện trở R = 19Ω đấu vào nguồn điện chiều có E = 100V, điện trở nguồn Rtr = 1Ω Tính dòng điện I, điện áp U công suất P tải 1.7 Một nguồn điện có sức điện động E điện trở Rtr = 0,5Ω 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 1.8 Cho nguồn điện chiều có sức điện động E = 50V, điện trở Rtr = 0,1Ω, cung cấp điện cho tải có điện trở R Biết công suất tổn hao nguồn điện 10W Tính dòng điện I, điện áp U, điện trở R, công suất Pt tải Tính công suất P nguồn 1.9 Bốn điện trở R1, R2, R3, R4 mắc nối tiếp nối vào nguồn điện có E = 12V Dòng điện chạy mạch đo I = 25mA, điện áp đo điện trở R1, R2 R3 2,5V, 3V 4,5V Hãy vẽ sơ đồ mạch, cách mắc ampe kết vôn kế để đo đại lượng Tính điện áp U4 điện trở R4 Tính giá trò điện trở R1, R2, R3, R4 1.10 Biết số số ampe kế hình sau Hãy xác đònh số ampe kế lại 1.11 Để có điện trở có giá trò 150Ω, người ta mắc song song điện trở R1 R2 với Biết R1 = 330Ω, tính R2 1.12 Giá trò dòng điện chạy qua mạch có hai điện trở R1 = 100Ω mắc song song với R2 = 47Ω 100mA Hãy tính dòng điện chạy qua điện trở R1 R2 -8- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG CÂU HỎI ÔN TẬP 1.13 Cho mạch điện hình vẽ, biết U = 80V; R = 1,25Ω; R1 = 6Ω; R2 = 10Ω Tình dòng điện I, I1, I2, công suất nguồn P, công suất điện trở PR, PR1, PR2 Kiểm tra lại xem công suất nguồn phát có với công suất tiêu thụ điện trở hay không Co m pi le d by N gu ye n Va n Th 1.14 Cho mạch điện hình vẽ, biết U = 120V; R1 = R2 = R3 = 2Ω; R4 = R5 = R6 = 6Ω Tính dòng điện I công suất nguồn -9- ... Môn ĐIỆN GIA DỤNG Chương NỘI DUNG Cho mạch điện hình vẽ: Ví dụ: I1 R1=2Ω A R3 =1 I3 I2 R2=3Ω E1 E3 = 11 5V B Biết E1 = 10 0V, I1 = 5A Tính điện áp UAB dòng điện nhánh I2 I3 Lời giải: Tính điện áp... giác ABC (R1, R2, R0) thành RA, RB, RC : B R1 R 12 .6 = = 2Ω RA = R1 + R + R 12 + + 18 R1 R0 12 .18 = = 6Ω RB = R1 + R + R 12 + + 18 RC = Rn I RA RB E R0 R 18 .6 = = 3Ω R1 + R + R 12 + + 18 O RC B... R1 R 31 = R + R1 + R R1 R2 Trong trường hợp hình đối xứng: R1 = R = R = R thì: R12 = R23 = R 31 = R R2 = R 23 R12 R12 + R 23 + R 31 R3 = R 31 R 23 R12 + R 23 + R 31 Giả thiết có điện trở R12,