Những khái niệm cơ bản về mạch điện

Khoa Điện-Điện Tử Bài Giảng: Điện Kỹ Thuật GV: Phạm Chí Hiếu Bộ mơn Kỹ thuật điện tử Khoa Điện-Điện Tử Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu Các tài liệu tham khảo: GT.Kỹ Thuật Điện - Vụ THCN-Dạy Nghề Kỹ Thuật Điện+BT - Nguyễn Kim Đính Mạch Điện 1+BT - Phạm Thị Cư Mạch Điện - ĐH.SPKT.TPHCM Nội dung môn học  Chương Những khái niệm mạch điện  Chương Mạch xác lập điều hoà  Chương Các phương pháp phân tích mạch điện  Chương Mạng điện ba pha  Chương Mạng hai cửa Chương Những khái niệm mạch điện I Giới hạn phạm vi ứng dụng lý thuyết mạch: + Mơ hình mạch: áp dụng trường hợp kích thước hình học hệ nhỏ so với bước sóng điện từ tín hiệu Khi biến phụ thuộc vào thời gian mà khơng phân bố khơng gian, dịng điện điện áp cực Các phương trình sử dụng mơ hình mạch phương trình định luật Kirchhoff…Bản chất trình điện từ phần tử mơ tả phương trình đại số vi tích phân miền thời gian thơng qua biến dòng điện áp điện cực phần tử II Mạch điện mô hình: Mạch điện: Mạch điện: hệ thống gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại thành vịng kín có dịng điện, xảy q trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện từ đo đại lượng dòng điện điện áp Mỗi phần tử mạch thực chức xác định gọi phần tử mạch điện Có loại phần tử nguồn, phụ tải dây dẫn Nguồn điện: thiết bị tạo điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lượng năng, hóa năng, nhiệt thành điện Ví dụ: Máy phát điện, ắc quy, pin mặt trời Phụ tải: thiết bị tiêu thụ lượng biến đổi điện thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang Ví dụ: động điện, bếp điện, đèn điện Dây dẫn: Dây dẫn làm kim loại (đồng, nhôm) dùng để truyền tải điện từ nguồn đến tải Mơ hình gần phần tử thực: Thực tế khơng có phần tử điện trở R, dung kháng C cảm kháng L hay nguồn e(t), j(t) Để tiện cho tính tốn giải mạch điện ta chấp nhận sai số mơ hình coi phần tử mang tính chất đặt trưng chúng Khi nghiên cứu sâu, mơ hình xác ta mô gần phần tử sau: Kết cấu hình học mạch điện: Nhánh: đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy từ đầu đến đầu Nút: điểm giao từ ba nhánh trở lên Vòng: lối khép kín qua nhánh Ví dụ: Sơ đồ mạch điện hình 1.1 gồm nhánh (nhánh 1: từ a → MF → b, nhánh 2: từ a → ĐC → b, nhánh 3: từ a → Đ → b), nút a, b vòng Các đại lượng mạch điện: Để đặc trưng cho trình lượng cho nhánh phần tử mạch điện ta dùng hai đại lượng: dịng điện i điện áp u Cơng suất nhánh: p = u.i 4.1 Cường độ dòng điện: - Dịng điện: dịng chuyển dịch có hướng điện tích - Chiều dịng điện: chiều chuyển động dịng điện tích dương điện trừơng - Cường độ dòng điện: (gọi tắt dòng điện) lượng điện tích chuyển qua bề mặt (tiết diện ngang dây dẫn) đơn vị thời gian - Đơn vị: Ampere (A) - Ký hiệu: i - Trong tính tốn i đại lượng đại số kèm theo chiều dương qui ước + Nếu i dương: chiều thực dòng điện trùng với chiều dương qui ước + Nếu i âm: chiều ngược lại 4.2 Điện áp: - Là công sinh đơn vị điện tích dương dịch chuyển từ A đến B Với điện điểm A B - Đơn vị: Volt (V) - Ký hiệu: U Trong tính tốn điện áp U lượng đại số theo chiều xác định, ví dụ UAB Khi UAB > A cao B UAB < B cao A 10 Ví dụ : Tìm dịng điện i(t) mạch sau.Với e(t) = 6sin(100πt) (V) 27 7.5 Mạch chia dòng: Giả sử biết I, R1, R2 Tìm I1, I2.Ta có cơng thức dịng điện mạch rẽ: R2 I1  I R1  R2 R1 I2  I R1  R2 7.6 Mạch chia áp: Giả sử biết U, R1, R2 Tìm U1, U2 Ta có cơng thức điện áp nhánh: R1 U1  U R1  R2 R2 U2  U R1  R2 28 7.7 Biến đổi tương đương nguồn áp nguồn dòng: Điều kiện để nguồn áp nguồn dòng tương đương nhau: E  J R1 * Các nguồn phụ thuộc áp dụng nguồn độc lập: + Nguồn áp phụ thuộc nối tiếp trở kháng hình 1-13a, biến đổi thành nguồn dịng phụ thuộc song song với trở kháng hình 1-13b: 29 + Nguồn dịng phụ thuộc song song với trở kháng hình 1-14a, biến đổi thành nguồn áp phụ thuộc nối tiếp trở kháng hình 1-14b: 7.8 Biến đổi mạng cửa (2 cực) khơng nguồn (hình 1-17): U RV  I (gọi điện trở đầu vào) 30 Ví dụ: Cho mạch hình vẽ, tìm RV? 7.9 Biến đổi mạng cửa (2 cực) có nguồn: Dùng Phép biến đổi Thévenin-Norton có dạng sau: 31 Ví dụ: Cách chuyển mạch điện dạng Norton hình 1-17a sang dạng Thervenin sau: Các định luật mạch điện: 8.1 Định luật Kirchhoff (K1): Gọi định luật Kirchhoff dòng điện (krichhoff current law=kcl): “Tổng đại số dòng điện nút không” 32 n �i k 1 k 0 * Trong qui ước: dịng điện có chiều vào nút mang dấu “+”, cịn khỏi nút mang dấu “-” * Ta qui ước ngược lại: vào nút mang dấu “-”, cịn khỏi nút mang dấu “+” Ví dụ 1: Cho nút mạch hình 1-18: 33 Mở rộng định luật K1 cho mặt mạch: Tổng đại số dòng điện qua mặt cắt mạch điện khơng (Dịng điện vào mặt cắt lấy dầu “+” dòng điện lấy dấu “-“) Ví dụ 2: cho mạch điện hình 1-19: Viết K1 cho mặt cắt A: i1 - i2 - i + j = 34 8.2 Định luật Kirchhoff (K2): Gọi định luật Kirchhoff điện áp (krichhoff voltage law=kvl): “Tổng đại số điện áp phần tử dọc theo tất nhánh vịng kín khơng” n �u k 1 k 0 Dấu điện áp xác định dựa chiều dương điện áp chọn so với chiều vòng Chiều vòng chọn tuỳ ý (cùng chiều ngược chiều kim đồng hồ) Trong vòng chiều vòng từ cực “+” sang cực “-” điện áp, điện áp mang dấu “+”, cịn ngược lại mang dấu “-” 35 Ví dụ 1: Cho mạch hình vẽ Viết phương trình K2 cho mạch: 36 Ví dụ 2: Viết hệ phương trình K1 K2 cho mạch điện sau: 37 Ví dụ 3: Cho mạch điện hình vẽ, xác định dịng điện nhánh điện áp nguồn dòng 38 8.3 Định luật cân công suất: Tổng công suất phần tử mạch không n ��p k 1 k (t )  P(t) > 0: thu(hấp thụ) lượng P(t) < 0: phát lượng Nghiệm lại cơng suất ví dụ Ta có: P30(V)= -(-4).(30) = 120(W) (thu) P60(V)= -(1).(60) = -60(W) (phát) P3(A) = -(3).(50) = -150(W) (phát) P5(Ω) = 5.(-4)2 = 80(W) (thu) P10(Ω) =10.(1)2 = 10(W) (thu) Nhận xét: Tổng công suất phát (60+150) tổng công suất thu(120+80+10) 39 * Một số ý: Chú ý 1: Nếu mắt lưới chứa chung nguồn dòng phụ thuộc tham gia vào hệ phương trình K đủ viết cho vịng kín chứa mắt lưới (khơng viết pt cho mắt lưới chứa riêng nguồn dịng) Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ: Tìm dịng điện nhánh điện áp U? 40 Chú ý 2: Trên mạch điện bị tách rời mặt điện gọi mạch có khớp nối Trong mạch đó, người ta phân thành mạch cho dễ giải Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ: Tìm điện áp U mạch? 41 ... GT.Kỹ Thuật Điện - Vụ THCN-Dạy Nghề Kỹ Thuật Điện+ BT - Nguyễn Kim Đính Mạch Điện 1+BT - Phạm Thị Cư Mạch Điện - ĐH.SPKT.TPHCM Nội dung môn học  Chương Những khái niệm mạch điện  Chương Mạch xác... Cho mạch điện hình vẽ: Tìm dịng điện nhánh điện áp U? 40 Chú ý 2: Trên mạch điện bị tách rời mặt điện gọi mạch có khớp nối Trong mạch đó, người ta phân thành mạch cho dễ giải Ví dụ: Cho mạch điện. .. thời gian thơng qua biến dịng điện áp điện cực phần tử II Mạch điện mơ hình: Mạch điện: Mạch điện: hệ thống gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại thành vịng kín có dịng điện, xảy trình truyền đạt,