Giáo trình kỹ thuật điện

Quyển sách này trình bày các kiến thức cơ bản về mạch điện, phương pháp tính toán mạch điện, dòng điện xoay chiều hình sin một pha và ba pha, các kiến thức về nguyên lý, cấu tạo, đặc t[r]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN -0 -

BIÊN SOẠN: ThS NGUYỄN TRỌNG THẮNG ThS LÊ THỊ THANH HOAØNG

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT ĐIỆN

TP HCM Tháng 01/ 2008

rotor

stator

LỜI NÓI ĐẦU

KỸ THUẬT ĐIỆN môn học sở quan trọng sinh viên khối kỹ thuật nói chung sinh viên ngành điện nói riêng Để tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực điện sinh viên phải nắm vững kiến thức môn học

Kỹ thuật điện nghiên cứu ứng dụng tượng điện từ nhằm biến đổi lượng tín hiệu, bao gồm việc phát, truyền tải, phân phối sử dụng điện sản xuất đời sống

Ngồi mơn học cịn giúp sinh viên khơng chun ngành điện bổ sung thêm kiến thức mạch điện, thiết bị điện, cấu tạo đặc tính làm việc chúng để vận hành thực tế

Giáo trình biên soạn sở người đọc học mơn tốn vật lý bậc phổ thông, phần điện môn vật lý đại cương bậc đại học nên không sâu vào mặt lý luận tượng vật lý mà chủ yếu nghiên cứu phương pháp tính tốn ứng dụng kỹ thuật tượng điện từ

Giáo trình kỹ thuật điện gồm phần: Phần Mạch điện bao gồm chương Phần Máy điện bao gồm chương

Quyển sách trình bày kiến thức mạch điện, phương pháp tính tốn mạch điện, dịng điện xoay chiều hình sin pha ba pha, kiến thức nguyên lý, cấu tạo, đặc tính ứng dụng loại máy điện có kèm theo ví dụ cụ thể tập soạn theo chương lý thuyết, để giúp người học giải ứng dụng vào mơn học có liên quan

Giáo trình kỹ thuật điện biên soạn với tham khảo tài liệu ngồi nước, đóng góp tận tình đồng nghiệp mơn.Tuy nhiên giáo trình xuất lần đầu nên tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến đồng nghiệp, sinh viên bạn đọc quan tâm đến giáo trình

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

1.1.1 Định Nghĩa Về Mạch Điện

1.1.2 Kết Cấu Hình Học Của Mạch Điện

1.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN

1.2.1 Dòng Điện

1.2.2 Điện Áp

1.2.3 Công suất

1.3.CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN

1.3.1 Điện trở

1.3.2 Điện dẫn

1.3.3 Cuộn dây

1.3.4 Điện dung

1.3.5 Nguồn độc lập

1.3.6 Nguồn phụ thuộc

1.4.CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN

1.4.1 Định luật ohm

1.4.2 Định Luật Kirchhoff

1.4.3 1.4.2 Định Luật Kirchhoff

1.5 BÀI TẬP VÍ DỤ CHƯƠNG

1.6 BÀI TẬP CHƯƠNG I 12

CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN MỘT PHA 14

2.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 14

2.1.2 Trị số tức thời dòng điện 15

2.1.3 Góc lệch pha  điện áp dòng điện 15

2.1.4 Trị số hiệu dụng dòng điện 16

2.2 BIỂU DIỄN DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN BẰNG VECTƠ 17

2.3 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU QUA ĐIỆN TRỞ THUẦN R 19

2.4 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU QUA CUỘN DÂY THUẦN CẢM 20

2.5 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU THUẦN ĐIỆN DUNG 21

2.6 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU GỒM R - L - C MẮC NỐI TIẾP 22

2.7 BIỂU DIỄN DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC 24

2.7.1 Định nghĩa cách biểu diễn số phức 24

2.7.2 Một số phép tính số phức 26

2.7.3.Biểu diễn định luật dạng dạng số phức 27

2.8 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 28

2.8.1 Phương pháp đồ thị vectơ 28

2.8.2 Phương pháp số phức 28

2.9 CÔNG SUẤT 32

2.9.1 Công suất tức thời 32

2.9.2 Công suất tác dụng 32

2.9.3 Công suất phản kháng 33

2.9.4 Công suất tiêu thụ công suất phản kháng điện trở R 33

2.9.5 Công suất tác dụng công suất phản kháng cuộn dây 34

2.9.6 Công suất tác dụng công suất phản kháng tụ điện 34

2.9.7 Công suất biểu kiến 34

2.9.8 Hệ số công suất 38

2.9.8.1 Định nghĩa ý nghĩa hệ số công suất 38

2.9.8.2 Nâng cao hệ số công suất 39

2.10 BÀI TẬP CHƯƠNG 41

3.1 PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH 47

3.1.1 Mạch nguồn suất điện động nối tiếp 47

3.1.2 Mạch nguồn dòng mắc song song 47

3.1.3 Mạch điện trở mắc nối tiếp 47

3.1.4 Mạch điện trở mắc song song 48

3.1.5 Mạch chia dòng điện 48

3.1.6 Mạch chia áp 49

3.1.7 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình sang tam giác 49

3.1.8 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình tam giácsao sang 50

3.1.9 Sự tương đương nguồn áp nguồn dòng 50

3.2 BÀI TẬP CHƯƠNG MỤC 3.1 51

3.3 BÀI TẬP CHO ĐÁP SỐ 61

3.4.PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT 69

3.5 PHƯƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƯỚI 81

CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 86

4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 86

4.1.1 Định nghĩa 86

4.1.2 Cách tạo dòng điện xoay chiều ba pha 86

4.2 CÁCH NỐI MẠCH BA PHA 87

4.2.1 Nối hình Sao 87

4.2.2 Nối hình tam giác 88

4.3 CÁCH GIẢI MẠCH BA PHA 90

4.3.1 Mạch ba pha đối xứng 90

4.3.2 Công suất mạch ba pha đối xứng 92

4.3.3 Cách giải mạch ba pha không đối xứng 98

4.3.4 Công suất mạch ba pha khơng đối xứng 99

4.4.CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 100

CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 104

5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 104

5.1.1 Định nghĩa 104

5.1.2 Các đại lượng định mức 104

5.1.3 Vai trò máy biến áp 105

5.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 106

5.2.1 Cấu tạo 106

5.2.2 Nguyên lý làm việc 108

5.3 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP 109

5.3.1 Quá trình điện từ máy biến áp 109

5.3.2 Phương trình cân điện áp cuộn sơ cấp 110

5.3.3 Phương trình cân điện áp cuộn thứ cấp 110

5.3.4 Phương trình cân sức từ động 111

5.4 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP 111

5.4.1 Qui đổi đại lượng thứ cấp sơ cấp 111

5.4.2 Mạch điện thay máy biến áp 112

5.5 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ MÁY BIẾN ÁP 113

5.5.1 Thí nghiệm khơng tải 113

5.5.2 Thí nghiệm ngắn mạch 114

5.5.3 Hiệu suất máy biến áp 115

5.6 MÁY BIẾN ÁP BA PHA 116

5.6.1 Cấu tạo 116

5.6.2 Tổ nối dây máy biến áp ba pha 117

5.7 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG 118

5.8 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 120

5.9 BÀI TẬP CHƯƠNG 120

CHƯƠNG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 124

6.2 CẤU TẠO 124

6.3 TỪ TRƯỜNG QUAY 127

6.3.1 Sự tạo thành từ trường quay 127

6.3.2 Tính chất từ trường quay 128

6.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 129

6.4.1 Động điện không đồng 129

6.4.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng 130

6.4.3 Nguyên lý làm việc động không đồng làm việc chế độ hãm điện từ 130

6.4.4 Các tình trạng làm việc 131

6.5 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪ 132

6.5.1 Phương trình cân điện áp stator 132

6.5.2 Phương trình cân điện áp dây quấn rotor 133

6.5.3 Phương trình cân sức từ động 133

6.6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 134

6.6.1 Qui đổi đại lượng rotor stator 134

6.6.2 Mạch điện thay động KĐB 135

6.7 GIẢN ĐỒ NĂNG LUỢNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 136

6.8 MOMENT QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 137

6.9 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 139

6.9.1 Mở máy động KĐB rotor lồng sóc 139

6.9.2 Mở máy động KĐB rotor dây quấn 141

6.10 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 141

6.10.1 Thay đổi tần số 142

6.10.2 Thay đổi số đôi cực 142

6.10.3 Thay đổi điện áp 142

6.10.4 Thay đổi điện trở phụ nối vào rotor 142

6.11 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 143

C

CHHƯƯƠƠNNGG77 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 146

7.1 CẤU TẠO 146

7.1.1 Phần tĩnh(stato) 146

7.1.2 Phần quay (Rotor) 146

7.1.3 Các phận phụ 147

7.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 147

7.2.1 Máy phát điện đồng 147

7.2.2 Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng 148

7.3 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 149

7.3.1 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực lồi 149

7.3.2 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực ẩn 150

7.4 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 150

7.4.1 Công suất tác dụng 150

7.4.2 Công suất phản kháng 150

7.4.3 Đặc tính máy phát điện đồng 151

7.5 SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 151

7.6 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 152

7.6.1 Nguyên lý làm việc 152

7.6.2 Điều chỉnh hệ số công suất động điện đồng 152

7.6.3 Mở máy động điện đồng 152

7.7 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 153

7.8 BÀI TẬP CHƯƠNG7 153

CHƯƠNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 156

8.1 CẤU TẠO 156

8.1.1 Phần tĩnh (Stator) 156

8.1.2 Phần quay (Rotor) 156

8.1.3 Cỗ góp chổi điện 157

8.2.1 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp máy phát điện chiều 157

8.2.2 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp động điện chiều 158

8.3 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 159

8.3.1 Sức điện động phần ứng 159

8.3.2 Công suất điện từ, moment điện từ máy điện chiều 160

8.4 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 160

8.4.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập 161

8.4.2 Máy phát điện kích từ song song 162

8.4.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp 163

8.4.4 Máy phát điện kích từ hỗn hợp 163

8.5 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 164

8.5.1 Mở máy động điện chiều 164

8.5.2 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều 165

8.5.3 Động điện kích từ song song 165

8.5.4 Động kích từ nối tiếp 166

8.5.5 Động kích từ hỗn hợp 167

8.6 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 168

8.7 BÀI TẬP CHƯƠNG 168

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương Những Khái niệm mạch điện

1

CHƯƠNG

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

§1.1.KHÁI NIỆM CHUNG

1.1.1 Định Nghĩa Về Mạch Điện

- Mạch điện: hệ thống gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại Trong xảy trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện từ đo đại lượng dịng điện, điện áp

1.1.2 Kết Cấu Hình Học Của Mạch Điện:

- Nhánh: đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy thơng từ đầu đến đầu

- Nút: giao điểm gặp nhánh trở lên

- Vòng (mạch vịng): lối khép kín qua nhánh

Ví dụ 1.1: Cho mạch điện hình vẽ (1-1) Hãy cho biết mạch điện có nhánh, nút vòng?

Giải

Mạch điện gồm:

 nhánh:

Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1 Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2 Nhánh 3: gồm phần tử R3

 nút: A B

 vòng:

Vòng 1: qua nhánh (1, 3, 1) Vòng 2: qua nhánh (2, 3, 2) Vòng 3: qua nhánh (1, 2, 1)

Ví dụ 1.2: Cho mạch điện hình (1-2) Hãy cho biết mạch điện có nhánh, nút vòng?

E1 E2

R1 R2

R3

I1 I2 I3

A

B

Hình 1-1

E1 E2

R1 R2

R3

R4 R5

R6 A

B C

D

Giải

Mạch điện gồm:

 nhánh:

Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1 Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2 Nhánh 3: gồm phần tử R3

Nhánh 4: gồm phần tử R4 Nhánh 5: gồm phần tử R5 Nhánh 6: gồm phần tử R6

 nút (4 đỉnh): A, B, C, D

 vòng:

Vòng 1: qua nhánh (1, 6, 4, 1) Vòng 2: qua nhánh (2, 5, 6, 2) Vòng 3: qua nhánh (1, 2, 3) Vòng 4: qua nhánh (1, 2, 4, 5) Vòng 5: qua nhánh (4, 5, 3) Vòng 6: qua nhánh (1, 6, 5, 3, 1) Vòng 7: qua nhánh (2, 6, 4, 3, 2)

Mạch điện có phần tử nguồn điện phụ tải

- Nguồn điện: thiết bị điện dùng để biến đổi dạng lượng khác sang điện năng, ví dụ pin, ắc qui (năng lượng hóa học), máy phát điện (năng lượng học)…

- Phụ tải: thiết bị điện biến điện thành dạng lượng khác Trên sơ đồ chúng thường biểu thị điện trở R

- Dây dẫn: dây kim loại dùng để nối từ nguồn đến phụ tải

§1.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN

1.2.1 Dịng Điện

Dịng điện dịng điện tích chuyển dời có hướng tác dụng điện trường Qui ước: Chiều dòng điện hướng từ cực dương cực âm nguồn từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp

Cường độ dịng điện I đại lượng đặc trưng cho độ lớn dịng điện Cường độ dịng điện tính lượng điện tích chạy qua tiết diện thẳng vật dẫn đơn vị thời gian

dt dq

I ( 1-1)

Đơn vị dòng điện ampe (A)

Bản chất dòng điện môi trường :

- Trong kim loại: lớp ngồi ngun tử kim loại có electron, chúng liên kết yếu với hạt nhân dễ bật thành electron tự Dưới tác dụng điện trường electron tự chuyển động có hướng tạo thành dịng điện

- Trong dung dịch: chất hoà tan nước phân ly thành ion dương tự ion âm tự Dưới tác dụng điện trường ion tự chuyển động có hướng tạo nên dịng điện

Chương Những Khái niệm mạch điện

3

- Trong chất khí: có tác nhân bên ngồi (bức xạ lửa, nhiệt…) tác động, phần tử chất khí bị ion hoá tạo thành ion tự Dưới tác dụng điện trường chúng chuyển động tạo thành dòng điện

1.2.2 Điện Áp

Điện áp đại lượng đặc trưng cho khả tích lũy lượng dòng điện Trong mạch điện, điểm có điện  định Hiệu điện hai điểm gọi điện áp U

Ta có: UAB = A - B (1-2)

Trong đó: A: điện điểm A

B: điện điểm B

UAB: hiệu điện A B

Qui ước: Chiều điện áp chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Đơn vị điện áp vôn (V) Ký hiệu: U, u(t)

1.2.3 Công suất

Công suất P đại lượng đặc trưng cho khả thu phát lượng điện trường địng điện Cơng suất định nghĩa tích số dịng điện điện áp:

- Nếu dòng điện điện áp chiều dịng điện sinh cơng dương P > (phần tử hấp thụ lượng)

- Nếu dòng điện điện áp ngược chiều dịng điện sinh cơng âm P < (phần tử phát lượng)

Đơn vị cơng suất watt (W) Đối với mạch điện xoay chiều, cơng thức tính cơng suất tác dụng sau

φ

cos I U

P (1-3)

Trong đó: U : điện áp hiệu dụng I : dòng điện hiệu dụng

cos hệ số công suất, với  = u - i (với u góc pha đầu điện áp i góc pha đầu dịng điện)

R

UAB

A I B

§1.3.CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN:

1.3.1 Điện trở R: đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng

Ký hiệu: R i

R

Đơn vị:  (ohm)

1.3.2 Điện dẫn: Y G G=

R

Y  mho ()

1.3.3 Cuộn Dây

+ Ký hiệu:

L: Điện cảm cuộn dây

Đơn vị: Henry (H) 1mH=10-3H

Điện cảm L: đặc trưng cho khả tạo nên từ trường phần tử mạch điện -Tính chất: gọi I dòng điện qua cuộn dây

u: điện áp đặt đầu cuộn dây ta có: u = L

dt di

(1-4)

di/dt: biến thiên dòng điện theothời gian

 Tính chất: từ cơng thức (1-4)  Điện áp đầu cuộn dây tỉ lệ với biến thiên dòng điện theo thời gian

 Lưu ý: Trong mạch điện chiều điện áp đầu mạch điện Trong mạch điện chiều đặt cuộn dây coi mạch bị nối tắt

1.3.4 Điện Dung:

+Tụ điện: đặc trưng cho tượng tích phóng lượng điện trường Ký hiệu: C

C: điện dung tụ điện Đơn vị: Farad (F)

1F = 10-6F 1nF = 10-9F 1pF = 10-12F

Gọi u điện áp đặt đầu tụ điện Ta có: q= c.u đó: q: điện tích tụ

dt du c dt dq



 (1-5)

L

UL Hình 1-5

C

UC

Hình 1-6

R Hình 1-4a,b

Chương Những Khái niệm mạch điện

5

i dt dq mà 

dt du c i

 (1-6)

Tính chất dịng điện qua tụ tỉ lệ với biến thiên điện áp tụ

1.3.5 Nguồn Độc Lập:

Ý nghĩa “độc lập”: giá trị nguồn không phụ thuộc vào phần tử mạch

a) Nguồn áp chiều: Ký hiệu:

E: giá trị nguồn áp Đơn vị: Volt (V)

b) Nguồn áp xoay chiều: Ký hiệu:

Mang dấu “+” “–” thời điểm gốc t = chiều điện áp có dạng hình vẽ Chiều sức điện động e(t) từ điểm có điện thấp đến điểm có điện cao (ngược chiều với điện áp)

c) Nguồn dòng: Ký hiệu:

I: giá trị nguồn dòng, đơn vị Ampe (A)

1.3.6 Nguồn phụ thuộc

 Nguồn áp phụ thuộc: Ký hiệu:

E E

U

Hình 1-7a, b Hoặc

u(t) e(t)

Hình 1-8a, b

j(t) I

Hình 1-9a, b

: Chỉ chiều dòng điện

 Nguồn dòng phụ thuộc: Ký hiệu:

+ Nguồn áp điều khiển nguồn áp: (Nguồn áp phụ thuộc áp) Ký hiệu: VCVS (Voltage control voltage source)

Phần tử phát điện áp U2 phụ thuộc vào điện áp U1 (Khi U1 thay đổi điện áp U2 thay đổi theo) theo biểu thức :

U2 = U1 : khơng có thứ ngun

+ Nguồn áp điều khiển nguồn dòng: (Nguồn dòng phụ thuộc áp) Ký hiệu:VCCS (Voltage controlled curent source)

Phần tử phát dòng I2 phụ thuộc vào điện áp U1 (Khi U1 thay đổi dịng điện I2 thay đổi theo) theo hệ thức:

I2 = gU1 Đơn vị đo g Siemen (S) mho ()

+ Nguồn dòng điều khiển nguồn dòng: (Nguồn dòng phụ thuộc dòng) Ký hiệu: CCCS (Current - controlled current source)

Phần tử phát dòng I2 phụ thuộc vào dịng I1 (Khi I1 thay đổi dòng điện I2 thay đổi theo) theo biểu thức:

I2 = I1 : khơng có thứ ngun

+ Nguồn dòng điều khiển nguồn áp: (Nguồn áp phụ thuộc dòng)

U1 R U1 U1 U

2

Hình 1-10

U1 g gU1

I2

Hình 1-11

I1

I1 R

I2

Hình 1-12

Chương Những Khái niệm mạch điện

7 Ký hiệu: CCVS (Current - controlled voltage source)

Phần tử phát điện áp U2 phụ thuộc vào dịng điện I1 (Khi I1 thay đổi điện áp U2 thay đổi theo) theo biểu thức:

U2 = R I1 .Đơn vị đo R ohm ()

§1.4.CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 1.4.1 Định luật ohm:

Khi cho dòng điện qua điện trở R, U điện áp đặt đầu R theo định luật ohm ta có:

U = I R (1-7)

1.4.2 Định Luật Kirchhoff 1: (Định Luật Nút)

Tổng đại số dòng điện nút 0: i0 (1-8)

Ví dụ 1-3: Cho mạch điện hình (1-15) xét nút A: theo định luật Kirchhoff ta có:

Ví dụ 1-4: Cho mạch điện hình (1-16) xét nút A: theo định luật Kirchhoff ta có: I1

RI1

R U2

Hình 1-13

I1

I3 I2 A

I1 + I2 + I3 =

Hình 1-15

U

R

Hình 1-14

I1

I3 I2

A I1 – I2 + I3 – I4 = I4

Hình 1-16

+ Nếu ta qui ước dòng điện vào nút A mang dấu cộng (+), dịng điện nút A mang dấu trừ (-) ngược lại

1.4.3 Định luật Kirchhoff 2:

Tổng đại số điện áp phần tử vịng kín

u0 (1-9)

Ví Dụ 1-5: Cho mạch điện hình (H.1-17)

Xét vịng (a,b,c,a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uab + Ubc + Uca =

Xét vòng (a,d,b,a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uad + Udb + Uba =

Ví Dụ 1-6: Cho mạch điện hình vẽ (H.1-18)

Dùng định luật tìm dòng điện qua nhánh I1, I2 I3

Giải

Tại nút a: theo định luật Kirchhoff ta có: I1 – I2 – I3 = (1)

Giả sử ta xét vịng kín l1 (a, b, c, a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uca + Uab + Ubc = (2)

I1R1 + I2 R2 + (- E1) = (2)

Khảo sát vịng kín l2 (a, d, b, a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uad + Udb + Uba = (3)

I3R3 + E2 + (- I2R2) = (3)

Giải hệ phương trình (1), (2), (3) ta tìm dịng điện qua nhánh I1, I2 I3

E1 E2

R1 R2

R3

I1 I2 I3

a

b

c d

vòng vòng

Hình 1-17

E1 E2

R1 R3

R2

I1 I2 I3

a

b

c d

l1 l2

Hình 1-18

Chương Những Khái niệm mạch điện

9

§1.5.BÀI TẬP VÍ DỤ CHƯƠNG

Bài 1.1: Cho mạch điện hình (H1-19)

Dùng định luật Kirchhoff tìm i Uab

Giải

Tại nút c: theo định luật Kirchhoff ta có:

0 12

I1    I1 = – – = – (A) Tại nút d: I2 = I1 + = – + = (A) Tại nút e: I2 + = I  I = +1 = (A) Vậy I = (A)

Theo định luật Kirchhoff ta có: Uab = Uae + Ued + Udc + Ucb

= (–I).3 + (– I2).2 + (– I1).5 + 12 = – – – 20 + 12 = 19 (V) Vậy Uab = 19 (V)

Bài 1.2:Cho mạch điện hình (H1-20) Dùng định luật Kirchhoff Kirchhoff tìm I R

Giải

Áp dụng định luật K2 vịng (A,E,A) ta có: 2.8 + - - I1.6 =

I1 =

6 18 = 3A a b c d

1A 6 A

1A + -e     12V

I1 I2

I Hình 1-19 I1 I3 I4 I5  V

8 6V

   11 R A 16 A B

C 2V

I I2 2A

E a b I1 I3 I4 I5  V

8 6V

   11 R A 16 A E C 2V

I I2 2A

E

a b

Áp dụng định luật K1 A ta có: I3 = I1 + I2 = + = 5A

Áp dụng định luật K2tại vịng (B,E,A,B) ta có: I4.11 – I2.8 – I3.4 = 8V

I4.11 – 2.8 – 5.4 = 8V I4 =

11 44

= 4A

Áp dụng định luật K1 B: I5= I4+I3 = 4+5= 9A Áp dụng định luật K1 C: I = 16 – I5 = 16 – = 7A Áp dụng định luật K2theo vòng (C,B,E,C):

I4.11 – I.R = 4.11 – 7.R =

R =

2 44

= 6 Đáp số: I = 7A

R = 6

Bài 1.3: Cho mạch điện hình (H1-21)

I I I I I4 I1 I -+ 2A + -18V 4A 3A U R A B

Tìm cường độ dòng điện chạy nhánh điện áp U đặt điện trở R Biết I = 1A

Giải

Tại nút A theo định luật Kirchhoff 1:

I1 + I + I4 = (1)

Biết rằng:

I = 1A I4 = – 3A Thay vào (1) ta được:

I1 + – =  I1 = – = 2A Ta có:

I1 = I3 + I2 = I2 +  I2 = I1 – = – =2A Tại nút B theo định luật Kirchhoff ta có:

I1 – I5 + I6 =

Hình 1-21

Chương Những Khái niệm mạch điện

11 Mà:

I6 = 2A

I5 = I1 + I6 = + = 4A Áp dụng định luật Kirchhoff vòng kín ta có:

6I + 18 + U – UB – UAB = (2)

Trong đó:

UAB = 3412V Và: UB =248V

Thay vào phương trình (2) tìm điện áp đặt điện trở R

4V 18 12

U      

Bài 1.4:Cho mạch điện hình (H1-22)

I3 I2 I1 B A + -9V 60 120 20 I II

Tìm dòng điện chạy nhánh I1, I2, I3

Giải

Tại nút A theo định luật Kirchhoff ta có:

I1 – I2 – I3 = (1)

Viết phương trình theo định luật Kirchhoff cho vòng I

20I1 + 60I2 = (2)

Viết phương trình theo định luật Kirchhoff cho vòng II

120I3 – 60I2 = (3)

Giải hệ phương trình (1), (2), (3):

I1 – I2 – I3 = (1)

20I1 + 60I2 = (2)

120I3 – 60I2 = (3)

Từ phương trình (2) ta suy ra: I2 =

60 20I 9 1

(4)

Lấy phương trình (2) + phương trình (3) ta được:

20I1 + 120I3 = (5)

Thay phương trình (4) vào phương trình (1) ta được:

I1 I

60 20I

3   



 80I1 – 60I3 = (6)

Giải hệ phương trình (5), (6) ta được:

Hình 1-22