Bài giảng kỹ thuật điện chương 1 ths phạm khánh tùng

KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN I Mạch điện – kết cấu hình học Mạch điện Khái niệm: - Tập hợp thiết bị điện - Nối với dây dẫn tạo thành vịng kín - Trong dịng điện chạy qua Mạch điện thường gồm phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải) dây dẫn CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Kết cấu hình học mạch điện MF A Đ a ĐC b B - Nhánh: phận mạch điện gồm phần tử nối tiếp có dịng điện chạy qua - Nút: chỗ gặp từ ba nhánh trở lên - Vịng: lối khép kín qua nhánh CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN II Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện Dịng điện - Dịng chuyển dời có hướng điện tích điện trường - Dịng điện i trị số tốc độ biến thiên lượng điện tích q qua tiết diện ngang vật dẫn i dq dt Chiều dòng điện quy ước chiều chuyển động điện tích dương điện trường CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN II Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện Điện áp Tại điểm mạch điện có điện Hiệu điện hai điểm gọi điện áp u AB  u A  u B uAB - điện áp hai điểm A B có điện uA uB Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN II Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện c Công suất i Nhánh (phần tử) nhận lượng phát lượng Biết chiều dịng điện điện áp nhánh tính công suất p = u.i u → kết luận q trình lượng p = ui > (dịng áp chiều) p = ui < (dòng áp ngược chiều) → nhánh nhận lượng → nhánh phát lượng CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN II Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện Chiều dương dòng điện điện áp mạch điện Khi giải mạch điện, ta tuỳ ý vẽ chiều dòng điện điện áp nhánh gọi chiều dương Giải mạch điện sở chiều dòng áp giả thiết Tính giá trị dịng điện điện áp - Dòng điện (điện áp) trị số dương, chiều chúng trùng với chiều vẽ - Dòng điện (điện áp) có trị số âm, chiều chúng ngược với chiều vẽ CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN III Mơ hình mạch điện, thông số Nguồn điện áp u(t) Nguồn điện áp đặc trưng cho khả tạo trì điện áp hai cực nguồn, biểu diễn sức điện động e(t) ký hiệu: Chiều e(t) từ điểm điện thấp đến điểm điện cao Chiều điện áp từ điểm có điện cao đến điểm điện thấp Chiều điện áp cực nguồn ngược với chiều sức điện động → Điện áp đầu cực u(t) sức điện động u(t )  e(t ) CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN III Mơ hình mạch điện, thơng số Nguồn dịng điện j(t) Nguồn điện áp đặc trưng cho khả tạo trì dịng điện khơng đổi Ký hiệu: j(t) J(t) CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN III Mơ hình mạch điện, thơng số Điện trở R Cho dòng điện i chạy qua điện trở R → Điện áp rơi điện trở uR i Theo định luật Ơm, quan hệ dịng điện i điện áp uR u R  i.R Công suất tiêu thụ điện trở uR p  i.u R  i R Công suất p ≥ → Điện trở nhận lượng từ nguồn Điện trở R đặc trưng cho tiêu tán công suất mạch điện Đơn vị điện trở  (ôm) CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN V Hai định luật Kiếchốp I2 Đối với vịng kín hình bên, (vòng thuận chiều kim đồng hồ) định luật Kiếchốp viết:  e  e1 L2 R3 E2 I3 ↑ R 3i3   i3 dt  L2 di2  R1 i1 dt C3 C3 I1 R1 E1 ● Tính chất mạch điện: Trong mạch điện xuất phát từ điểm theo mạch vịng kín trở lại vị trí xuất phát lượng tăng điện không CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN VI Một số ví dụ Ví dụ 1: Máy phát điện chiều không tải điện áp cực U0=220V, tải I = 10 A, điện áp cực U = 210 V Lập sơ đồ thay cho máy phát điện Tính cơng suất nguồn phát ra, cơng suất tải tiêu thụ, công suất tổn hao máy phát I Bài giải: - Sơ đồ thay cho máy phát điện hình bên gồm nguồn sđđ E nối tiếp với điện trở R0 ↑ E U R0 CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN - Phương trình định luật Ơm cho nhánh có nguồn U  E  I.R + Khi không tải I = → E = U0 = 220 V, + Khi có tải I = 10 A E  U 220  210 R0    1 I 10 - Công suất nguồn Png = E I = 220 10 = 2200 W - Công suất tải Pt = U I = 210 10 = 2100 W - Công suất tổn hao nguồn: P = R0 i2 = 102 = 100 W CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Ví dụ 2: Một lị điện trở có cơng suất P = kW, điện áp U = 220 V Lập sơ đồ thay cho lị Tính dịng điện lị tiêu thụ điện tiêu thụ tháng, biết hệ số sử dụng k = 0,5 Bài giải: - Sơ đồ thay cho lò điện gồm điện trở R P 3000   13,63 A - Dòng điện lò: I  U 220 U - Điện trở lò: R  P  3000  16,14 2 I 13,63 - Điện lò tiêu thụ tháng: A  k.P.t  0,5.3.30.24  1080 kWh R CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Ví dụ 3: Sơ đồ thay tụ điện có tiêu tán hình bên gồm điện dẫn g = 1/R nối song song với tụ điện C Hãy xác định thông số g C vào thí nghiệm sau đây: + Khi đặt điện áp chiều U = 100 V, dòng điện rò A + Khi điện áp tăng lượng U = 10 V, điện tích tụ điện nạp thêm q = 10-5 C CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài giải: Trong thí nghiệm dịng điện rị tụ dịng điện qua điện dẫn sơ đồ, suy i 1.10 6 g   10 8 S u 100 Điện dung tụ điện dq q 10 5 C    10 6 F du u 10 CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Ví dụ 4: Mạch khuếch đại tranzito thay sơ đồ hình Tính dịng điện i điện áp tải ut Bài giải: Viết phương trình định luật Kiếchốp cho nút a : i1 = i – i =( - 1) i Viết phương trình định luật Kiếchốp cho mạch vịng kín gồm sđđ e(t) điện trở 50  ta được: 50 i1 – 50 i – e(t) = 50 ( - 1) i – 50 i =e(t) CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN e(t ) i 50(  2) Vậy điện áp tải :  e(t ).3000 60. e(t ) ut   i.Rt   50(  2)  2 CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài số 1.1: Để chế tạo bếp điện công suất 600 W, điện áp 220 V người ta dùng dây điện trở Tính: a) Dòng điện bếp tiêu thụ b) Điện trở bếp c) Nếu dùng dây điện trở chiều dài 5m, điện trở suất nhiệt độ làm việc 1,3.10-6 m đường kính dây bao nhiêu? Bài giải: - Sơ đồ thay cho bếp điện gồm điện trở R - Dòng điện bếp tiêu thụ: P 600 I   2,38 A U 220 U R CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài số 1.1: - Điện trở bếp điện: U 220 R   80,6 I 2,38 R P 600   80,6 2 I 2,38 - Đường kính dây điện trở l l d2 R   S   S R d  4 l  4.1,3.10 6  0,32 mm R 3,14.80,6 U R CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài số 1.2 Trên cực cuộn dây cảm L = 0,05 H người ta đặt điện áp hình cưa Vẽ hình dáng dịng điện tìm biểu thức dòng điện i khoảng < t < ms Bài giải: - Từ đồ thị suy biểu thức điện áp u(t) = 50.103t - Khi đặt điện áp biến thiên vào điện cảm sinh sđđ tự cảm có trị số điện áp di L  50 10 t dt 1 di  50.10 tdt  50.10 tdt  10 tdt L 0,05 CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN - Biểu thức dòng điện i  10 t  5.10 t 2 - Dạng sóng dịng điện đường parabol - Trong khoảng thời gian < t < ms, giá trị điện áp âm, dòng điện đổi chiều nên dạng sóng cạnh parabol đối xứng qua trục Oy CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài số 1.3: Đặt điện áp xoay chiều vào mạch gồm điện trở R = 10 , điện cảm L = 0,05H mắc nối tiếp Biết dòng điện i = 0,822 exp(-20t) + 0,822 sin (377t – 0,484) Xác định điện áp điện trở uR điện cảm uL Bài giải: Vì điện trở điện cảm mắc nối tiếp nên có dịng điện - Điện áp rơi điện trở u R  i.R  (0,822 e20 t  0,822 sin(377 t  0,484 ))10 u R  8,22e20 t  8,22 sin(377 t  0,484 ) CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN - Điện áp rơi điện cảm 20 t di d ( , 822 e  0,822 sin(377 t  0,484 )) u L  L  5.10 2 dt dt u L  5.10 2.( 20)0,822 e20 t  5.10 2.377 cos(377 t  0,484 ) u L  0,822 e20 t  15.5 cos(377 t  0,484 ) CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN ... dòng điện rò A + Khi điện áp tăng lượng U = 10 V, điện tích tụ điện nạp thêm q = 10 -5 C CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Bài giải: Trong thí nghiệm dịng điện rị tụ dịng điện qua điện. .. i 1. 10 6 g   10 8 S u 10 0 Điện dung tụ điện dq q 10 5 C    10 6 F du u 10 CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Ví dụ 4: Mạch khuếch đại tranzito thay sơ đồ hình Tính dòng điện. .. tải I = 10 A E  U 220  210 R0    1? ?? I 10 - Công suất nguồn Png = E I = 220 10 = 2200 W - Công suất tải Pt = U I = 210 10 = 210 0 W - Công suất tổn hao nguồn: P = R0 i2 = 10 2 = 10 0 W CHƯƠNG