Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trung cấp): Phần 1 - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ

(NB) Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy ở trình độ trung cấp nghề, được biên soạn theo nguyên tắc quan tâm đến: Tính định hướng thị trường lao động, tính hệ thống và khoa học, tính ổn định và linh hoạt, hướng tới liên thông, chuẩn đào tạo nghề khu vực và thế giới, tính hiện đại và sát thực với sản xuất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình.

1 BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Hà Nội, năm 2019 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP ( Ban hành kèm theo Quyết định số 248a/QĐ-CĐNKTCN ngày 17 tháng 9/2019 Hiệu trưởng cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ) Hà Nội, năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình mạch điện xây dựng biên soạn sở chương trình khung đào tạo nghề Điện cơng nghiệp Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ phê duyệt, thực giáo viên có nhiều kinh nghiệm giảng dạy Trường cao đảng nghề kỹ thuật công nghệ biên soạn Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy trình độ, trung cấp nghề, cao đẳng nghề biên soạn theo nguyên tắc quan tâm đến: Tính định hướng thị trường lao động, tính hệ thống khoa học, tính ổn định linh hoạt, hướng tới liên thông, chuẩn đào tạo nghề khu vực giới, tính đại sát thực với sản xuất Nội dung giáo trình gồm chương: Chương 1: Các khái niệm mạch điện Chương 2: Mạch điện chiều Chương 3: Dịng điện xoay chiều hình sin Chương 4: Mạch ba pha Áp dụng việc đổi phương pháp dạy học, giáo trình biên soạn phần lý thuyết thực hành Giáo trình biên soạn theo hướng mở, kiến thức rộng cố gắng tính ứng dụng nội dung trình bày Trên sở tạo điều kiện để trường sử dụng cách phù hợp với điều kiện sở vật chất Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, ban biên soạn mong góp ý bạn đọc để giáo trình hồn thiện Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2019 BAN CHỦ NHIỆM SOẠN GIÁO TRÌNH NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Bài mở đầu Tổng qt mạch điện Các mơ hình tốn mạch điện Chương 1: Các khái niệm mạch điện Mạch điện mơ hình 1.1 Mạch điện 1.2 Các tượng điện từ 1.3 Mô hình mạch điện Các khái niệm mạch điện 2.1 Dòng điện chiều qui ước dòng điện 2.2 Cường độ dòng điện 2.3 Mật độ dòng điện Các phép biến đổi tương đương Chương 2: Mạch điện chiều Các định luật biểu thức mạch chiều 1.1 Định luật Ohm 1.2 Công suất điện mạch chiều 1.3 Các định luật Kirchooff 1.4 Định luật Joule -Lenz (định luật ứng dụng) 1.5 Định luật Faraday (hiện tượng; định luật ứng dụng) 1.6 Hiện tượng nhiệt điện (hiện tượng ứng dụng) Các phương pháp giải mạch chiều 2.1 Phương pháp biến đổi điện trở 2.2 Phương pháp xếp chồng dòng điện 2.2.3 Phương pháp dòng điện nhánh 2.2.4 Phương pháp dòng điện vịng 2.2.5 Phương pháp điện nút Thí nghiệm mạch điện chiều Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin Khái niệm dịng điện xoay chiều 1.1 Dòng điện xoay chiều 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều 1.3 Nguyên lý tạo sđđ xoay chiều hình sin pha 1.4 Các đại lượng đặc trưng 1.5 Pha lệch pha 1.6 Biểu diễn lượng hình sin đồ thị véc-tơ Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 2.1 Giải mạch R-L-C 2.1.1 Mạch điện có điện trở R 8 13 13 13 14 15 18 18 19 19 20 25 25 25 25 27 29 30 31 33 33 34 35 37 38 42 48 48 48 49 49 50 52 52 56 56 56 2.1.2 Mạch điện có điện trở L 2.1.3 Mạch điện có điện trở C 2.2 Giải mạch có nhiều phần tử mắc nối tiếp 2.3 Cộng hưởng điện áp Giải mạch xoay chiều phân nhánh 3.1 Phương pháp đồ thị véc-tơ (phương pháp Fresnel) 3.2 Phương pháp tổng dẫn 3.3 Cộng hưởng dòng điện Hệ số công suất 4.1 Định nghĩa ý nghĩa hệ số công suất 4.2 Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất Thí nghiệm mạch xoay chiều RLC nối tiếp Chương 4: Mạch ba pha Khái niệm chung 1.1 Hệ thống ba pha cân 1.2 Đồ thị sóng dạng đồ thị véc tơ 1.3 Đặc điểm ý nghĩa Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân 2.1 Các định nghĩa 2.2 Đấu dây hình (Y) 2.3 Đấu dây hình tam giác () 2.3 Phương pháp giải mạch ba pha cân 2.3.1 Mạch ba pha có phụ tải nối hình 2.3.2 Mạch ba pha có phụ tải nối tam giác 2.3.4 Công suất mạch ba pha 2.5 Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha TÀI LIỆU THAM KHẢO MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN 57 59 61 64 66 66 67 69 70 70 70 73 84 84 84 85 85 86 86 87 89 92 92 94 95 101 107 Mã số môn học: MH ĐCN 08 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Mơn học mạch điện bố trí học sau mơn học chung học trước môn học, mô đun chuyên môn nghề - Là môn học kỹ thuật sở - Trang bị kiến thức kỹ tính tốn mạch điện Mục tiêu môn học: - Phát biểu khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha - Tính tốn thơng số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha trạng thái xác lập độ - Vận dụng phương pháp phân tích, biến đổi mạch để giải toán mạch điện hợp lý - Vận dụng phù hợp định lý, phép biến đổi tương đương để giải mạch điện phức tạp - Giải thích số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm kỹ thuật điện - Rèn luyện tính cận thận, tỉ mỉ tính tốn Nội dung mơn học: Số TT Tên chương mục Bài mở đầu Khái quát mơ hình mạch điện Chương Các khái niệm mạch điện 2.1 Mạch điện mơ hình 2.2 Các khái niệm mạch điện 2.3 Các phép biến đổi tương đương Chương Mạch điện chiều 2.1 Các định luật biểu thức mạch chiều 2.2 Các phương pháp giải mạch chiều 2.3 Thí nghiệm mạch điện chiều Chương Dịng điện xoay chiều hình sin 2.1 Khái niệm dòng điện xoay chiều 2.2 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 2.3 Giải mạch xoay chiều phân nhánh Thời gian (giờ) Thực hành,thí Kiểm Tổng Lý nghiệm, thảo tra số thuyết luận, tập 1 1 1 13 2 5 20 10 1 3 2 1 2.4 Hệ số cơng suất 2.5 Thí nghiệm mạch xoay chiều RLC nối tiếp 1 Chương Mạch ba pha 4.1 Khái niệm chung 4.2 Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân 4.3 Phương pháp giải mạch ba pha đối xứng 4.4 Công suất mạch ba pha 4.5 Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha Kiểm tra Thi hết môn 20 11 8 4 1 Cộng 60 30 BÀI MỞ ĐÀU: TỔNG QUÁT VỀ MẠCH ĐIỆN 1 26 Mục tiêu: - Khái quát hệ thống mạch điện - Phân tích mơ hình tốn mạch điện - Rèn luyện phương pháp học tư nghiêm túc cơng việc Nội dung chính: Tổng quát mạch điện Mạch điện môn học sở kỹ thuật quan trọng trình đào tạo công nhân lành nghề, kỹ sư ngành kỹ thuật điện cơng nghiệp, tự động hóa Nó nhằm mục đích trang bị sở lý luận có hiệu lực cho ngành kỹ thuật điện mà vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác Kỹ thuật điện ngành kỹ thuật ứng dụng tượng điện từ để biến đổi lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu bao gồm việc tạo ra, biến đổi sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ hoạt động thực tế người So với tượng vật lý khác cơ, nhiệt, quang tượng điện từ phát chậm giác quan người không cảm nhận trực tiếp tượng Tuy nhiên việc khám phá tượng điện từ thúc đẩy mạnh mẽ cách mạng khoa học kỹ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí hóa, tự động hóa Điện có ưu điểm bật sản xuất tập trung với nguồn cơng suất lớn, truyền tải xa phân phối đến nơi tiêu thụ với tổn hao tương đối nhỏ Điện dễ dàng biến đổi thành dạng lượng khác Mặt khác trình biến đổi lượng tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa điều khiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân tay lao động trí óc người Các mơ hình tốn mạch điện 2.1 Mơ hình tốn học q trình a Mơ hình tốn học q trình Muốn sử dụng, khống chế, cải tạo vật thể vật lý kỹ thuật loại q trình ví dụ trình điện từ, nhiệt, điều kiện phải nhận thức tốt loại q trình Mơ hình tốn học cách mơ tả loại q trình mơn tốn học Có thể xây dựng mơ hình tốn học theo cách: định nghĩa biến trạng thái trình, tìm nhóm đủ tượng bản, mơ tả tốn học chế tượng cách hợp thành q trình khác Theo mơ hình tốn học q trình xếp vật thể thành trường, môi trường hay hệ thống Mạch điện hệ thống thể dịng truyền đạt, lưu thơng lượng hay tín hiệu 10 Mơ hình tốn học thường dùng để mơ tả q trình điện từ thiết bị điện mơ hình mạch Kirchooff mơ hình mạch truyền đạt b Ý nghĩa mơ hình tốn học Về nhận thức, xây dựng tốt mơ hình tốn học cho trình vật thể giúp ta hiểu đắn vật thể Về thực tiễn cơng tác, mơ hình tốn học tốt sở lý luận tốt dùng vào việc xét, sử dụng, khống chế loại trình vật thể Về mặt lý luận ngày mô hình tốn học khơng sở lý luận mà nội dung đối tượng lý thuyết 2.2 Các xây dựng mơ hình tốn học a Cách nhận thức loại tượng Ta gọi trình diễn biến hoạt động vật thể vật lý – kỹ thuật – kinh tế thời gian t không gian (khơng gian hình học r khơng gian thơng số khác µ, nhiệt độ, áp suất, giá ) Muốn có khái niệm tổ chức chế hoạt động vật thể phải quan sát q trình cụ thể Nhưng vơ số hồn cảnh cụ thể, vật thể lại có vơ số q trình khác nhau, ngun tắc khơng thể quan sát hết Vì từ số hữu hạn trình lý tưởng thể đặc điểm quy luật vật thể Ta gọi tượng Về nguyên tắc có nhiều tượng, ví dụ thiết bị điện có tượng tiêu tán, tích phóng lượng điện từ, tượng tạo sóng, phát sóng, khuếch đại, chỉnh lưu điều chế thực tế cho thấy thường tồn nhóm đủ tượng Đó tượng từ hợp thành tượng khác b Cách lập mơ hình tốn học cho loại q trình Từ cách nhận thức trình ta suy cách xây dựng mơ hình tốn học cho trình sau: Chọn định nghĩa biến trạng thái Đó thường hàm hay vecto phân bố thời gian khơng gian Ví dụ để đo trình điện từ ta định nghĩa vecto cường độ từ trường, điện trường Quan sát trình phân tích tìm nhóm đủ tượng Mơ tả tốn học chế tượng Thông thường ta mô tả chúng phương trình liên hệ biến trạng thái, ta gọi phương trình trạng thái Mơ tả việc hợp thành q trình cụ thể, cách kết hợp phương trình trạng thái phương trình cân hệ phương trình trạng thái Kiểm nghiệm lại mơ hình thực tiễn hoạt động vật thể 2.3 Hai loại mơ hình tốn học 32 Hình 2.2 Sự hình thành điện tiếp xúc Giả sử kim loại K1 có mật độ điện tử tự lớn K2 Khi điện tử K1 khuếch tán sang K2, kết K1 tích điện (+) thiếu điện tử, K2 tích điện (-) thừa điện tử, hình thành điện trường mặt tiếp xúc, có hiệu điện Utx gọi hiệu điện tiếp xúc Hiệu điện tiếp xúc phụ thuộc vào yếu tố sau: Bản chất kim loại tiếp xúc: Kim loại khác mật độ điện tử khác mức độ khuếch tán điện tử qua lớp tiếp xúc khác Nhiệt độ chỗ tiếp xúc: Khi nhiệt độ tăng mức khuếch tán tăng lên Bằng thực nghiệm người ta thấy khoảng nhiệt độ không lớn (vài trăm độ) hiệu điện tiếp xúc tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối chỗ tiếp xúc U tx  C.T Trong đó: T nhiệt độ tuyệt đối chỗ tiếp xúc (oK), To(oK) = 273+(oC) C hệ số nhiệt phụ thuộc vào kim loại tiếp xúc Ví dụ 2.3: đồng- congstangtan C  41,8V /độ, Platin- platinpharodi C  6,4V /độ Để lấy hiệu điện tiếp xúc, ta phải nối kín mạch đầu hình thành mối tiếp xúc A &B (thực ta có nhiều mối tiếp xúc, chẳng hạn A,B,C,D… mối C, D… khơng ảnh hưởng đến kết ta xét chúng có nhiệt độ) Gọi nhiệt độ mối A T1, mối B T2 hiệu điện tiếp xúc mối là: U tx1  C.T1  C.(273  1 ) U tx2  C.T2  C.(273   ) Trong mạch kín có sức điện động (s.đ.đ) gọi s.đ.đ nhiệt điện E hiệu hiệu tiếp xúc E  U tx1  U tx2  C.(T1  T2 )  C.(1   ) “S.đ.đ nhiệt điện tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ đầu tiếp xúc phụ thuộc vào chất kim loại tiếp xúc 1   Etx = Chính coi mối tiếp xúc C D nhiệt độ s.đ.đ nhiệt điện mối tạo Dòng điện s.đ.đ nhiệt sinh gọi dòng điện nhiệt b Ứng dụng Hiệu ứng nhiệt điện ứng dụng để chế tạo pin nhiệt điện hay cặp nhiệt điện Pin nhiệt điện gồm kim loại khác (hay bán dẫn) hàn với đầu đặt vào nơi có nhiệt độ cao (gọi đầu nóng), cịn đầu đặt nhiệt độ thấp (gọi đầu lạnh) S.đ.đ nhiệt điện pin dùng để đo lường 33 Hình vẽ nhiệt kế dùng pin nhiệt điện: Đầu a đặt vào nơi có nhiệt độ cần đo, đầu b tiếp xúc với môi trường Coi nhiệt độ môi trường khơng đổi s.đ.đ pin tỷ lệ với nhiệt độ điểm a nên cấu đo C cho biết nhiệt độ cần đo a b C Hình 2.3 Đo nhiệt độ pin nhiệt điện Các phương pháp giải mạch chiều 2.1 Phương pháp biến đổi điện trở Phương pháp biến đổi điện trở chủ yếu để giải mạch điện có nguồn Nội dung dùng phép biến đổi tương đương (như mắc nối tiếp, mắc song song, mắc hình sao, mắc hình tam giác) để đưa mạch điện phân nhánh mạch điện khơng phân nhánh tính dịng điện, điện áp, cơng suất Ngồi kết hợp với phương pháp khác để đơn giản hóa sơ đồ, làm cho việc giải mạch điện dễ dàng Ví dụ 2.4: Cho mạch điện biết R1 = R2 = R3 = 2, R4 = R5 = R6 = 6, tính điện trở tương đương toàn mạch Giải: A R4 A R1 RA R6 RC o B R3 R2 C B R5 Hình 2.4 Mạch điện ví dụ 2.4 Ta sử dụng phép biến đổi điện trở R1, R2, R3 mắc Y thành ∆ Vì R1 = R2 = R3 = 2, nên R12 = R23 = R31 = 3.2= 6 R   3 n R Vì R23 // R5 R23 = R5 nên: RB    3 n R Vì R31 // R6 R31 = R6 nên: RC    3 n Vì R12 // R4 R12 = R4 nên: RA  RB C 34 Lại có (RA nt RB) // RC Vậy Rtd  ( RA  RB ).RC (3  3).3 18    2 ( RA  RB )  RC (3  3)  2.2 Phương pháp xếp chồng dòng điện Các bước thực hiện: Bước 1: Thiết lập mơ hình mạch điện nguồn tác động, nguồn khác coi khơng Bước 2: Tính dịng điện, điện áp nhánh nguồn tác động Bước 3: Thiết lập mơ hình mạch điện cho nguồn tác động, nguồn khác coi không lặp lại bước Bước 4: Xếp chồng (cộng đại số) kết nguồn tác động riêng rẽ Ví dụ 2.5: Cho mạch điện biết R1= 2, R2= 4, R3= 4 E1= 40V, E3= 16V Tính dịng điện nhánh I1 I2 I3 R3 R2 R1 E1 E3 Hình 2.5 Mạch điện ví dụ 2.5 Giải: Bước 1: Thiết lập mơ hình mạch điện nguồn E1 tác động, coi E3 =0 Bước 2: Tính dịng điện, điện áp nhánh nguồn E1 tác động Ta có: (R2 // R3) nt R1 R R23    2 n Rtm = R1 + R23 = +2 = 4 E 40 I    10 A Rtm A I1' I 2' I 3' R1 R2 R3 ' U AB  I1' R23  10.2  20V I 2'  I3'  E1 U AB 20   A (Vì R2 = R3) R2 B Hình 2.6 Mạch điện ví dụ 2.5 E1 tác động Bước 3: Thiết lập mơ hình mạch điện cho nguồn E3 tác động, coi E1 =0 lặp lại bước C Ta có: (R1 // R2) nt R3 R R 2.4 R12      R1  R2  I1'' I 2'' I 3'' R1 R2 R3 E3 D 35 16 Rtm  R12  R3     3 E 16 I3''    3A Rtm 16 UCD  I3'' R12   3V Hình 2.7 Mạch điện ví dụ 2.5 E3 tác động I1''  U AB   2A R1 I 2''  U AB   1A R2 Bước 4: Xếp chồng (cộng đại số) kết nguồn E1, E3 tác động riêng rẽ, ta có I1  I1'  I1''  10   A I  I 2'  I 2''    A I3  I3'  I3''  5   2 A I3< nên chiều thực I3 ngược với chiều chọn 2.3.Phương pháp dòng điện nhánh 2.3.1 Các khái niệm (nhánh, nút, vòng) Mạch điện tập hợp thiết bị điện (nguồn, tải, dây dẫn) nối với dịng điện chạy qua Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh, nhiều mạch vòng nhiều nút Nhánh: Nhánh phận mạch điện gồm có phần tử nối tiếp có dịng điện chạy qua Nút: Nút chỗ gặp nhánh (từ nhánh trở lên) Mạch vòng: Mạch vòng lối khép kín qua nhánh Máy phát (MF) cung cấp điện cho đèn (Đ) động điện (ĐC) gồm có nhánh (1,2,3), nút (A,B) mạch vịng (a,b,c) Hình 2.8 Nút mạch vịng mạch điện 2.3.2 Phương pháp giải mạch điện Các bước thực hiện: Bước 1: Xác định số nhánh m=?, số nút n=? chọn chiều dòng điện nhánh Bước 2: Viết phương trình Kirchooff cho (n-1) nút chọn 36 Bước 3: Viết phương trình Kirchooff cho (m - n + 1) mạch vòng độc lập Bước 4: Giải hệ phương trình Kirchooff ta tìm ẩn số dịng điện nhánh I1 I2 I3 Ví dụ 2.6: Cho mạch điện biết R3 R2 R1 R1= 2, R2= 4, R3= 4 E1= 40V, E3= 16V a b E1 E3 Tính dịng điện nhánh Hình 2.11 Mạch điện áp dụng phương pháp dòng điện nhánh Giải: Bước 1: Mạch điện có số nhánh m=3, số nút n=2 chọn chiều dòng điện nhánh I1, I2, I3 Bước 2: Phương trình Kirchooff cho (n-1)= 2-1=1 nút A I1 - I2 + I3 = (1) Bước 3: Phương trình Kirchooff cho (m - n +1)= 3-2+1 = mạch vòng độc lập a, b I1.R1  I R2  E1 (2)  I 3.R3  I R2  E3 (3) Bước 4: Giải hệ phương trình Kirchooff : I1  I  I  0(1)  Thay số 2I1  4I  40(2) 4I  4I  16(3)  I1  I  I  0(1)  I1.R1  I R2  E1 (2) I R  I R  E (3) 3 2 I1  I  I  0(1)  I1  2I  20(2) I  I  4(3) 3 (2) I1  20  2I (3) I3  I  Thay vào (1) ta có: (20  2I2 )  I2  (I2  4)   4I  24  I  A  I1  20  2I  20  2.6  A  I3  I     2 A I1  A  Vậy I  A I  2 A  2.4 Phương pháp dòng điện vòng Các bước thực hiện: Bước 1: Xác định số nhánh m=?, số nút n=? chọn chiều dòng điện mạch vịng Bước 2: Viết phương trình Kirchooff cho (m - n + 1) mạch vòng độc lập theo dòng điện mạch vòng 37 Bước 3: Giải hệ phương trình Kirchooff ta tìm ẩn số dịng điện mạch vịng Bước 4: Tìm dịng điện nhánh sau: “Dòng điện nhánh tổng đại số dòng điện mạch vòng qua nhánh ấy” Ví dụ 2.7: Cho mạch điện biết I1 I2 I3 R1= 2, R2= 4, R3= 4 E1= 40V, E3= 16V R3 R2 R1 Tính dịng điện nhánh E1 Ia Ib E3 Hình 2.12 Mạch điện áp dụng phương pháp dòng điện vòng Giải: Bước 1: Mạch điện có số nhánh m=3, số nút n=2 chọn chiều dòng điện mạch vòng Ia, Ib Bước 2: Phương trình Kirchooff cho (m - n + 1)= - + = mạch vòng độc lập a, b theo dòng điện mạch vòng Ia, Ib I a ( R1  R2 )  Ib R2  E1 (1)  I a R2  Ib ( R2  R3 )  E3 (2) (2  4) I a  4Ib  40(1) 4I a  (4  4) Ib  16(2) thay số  6I  4I b  40() 6I  4I b  40(1) 3I  2I b  20(1)  a  a  a 4I a  8I b  16(3) I a  2I b  4(2) 4I a  8I b  16(2) (1)  (2)  2I a  16  I a  A Thay vào (2)  Ib   Ia    2 A 2 I1  A  Vậy I  A I  2 A  2.5 Phương pháp điện nút Phương pháp sử dụng ẩn số trung gian điện nút để thiết lập hệ phương trình Biết điện nút, ta dễ dàng tính dịng điện nhánh Xét mạch điện: 38 Hình 2.13 Mạch điện áp dụng phương pháp điện nút Tuỳ ý chọn trước điện điểm coi biết trước Thường lấy điện điểm không Ở chọn điện điểm C không: c = Dựa vào định luật Ohm ta có dịng điện nhánh E1   A R1 I1 = I2 = A I3 =  A  B I4 = I5 = R2 B R4 E5   B R5 R3 Định luật Kirchooff nút A: I1 - I2 - I3 = E1   A  A  A  B   0 R1 R2 R3 1   1 1      A    B    E1  R1   R1 R2 R3   R3  Định luật Kirchooff điểm B: I3 - I4 - I5 =  A  B R3  B R4  E5  B 0 R5      1     A      B    E5  R3   R3 R4 R5   R5  1 1  Gọi: GA =     : Tổng dẫn nhánh nối với nút A  R1 R2 R3   1  GB =     : Tổng dẫn nhánh nối với nút B  R3 R4   GAB =    R3  R5  : Tổng dẫn chung nút A B G1 = R1 : Điện dẫn nhánh G5 = R5 : Điện dẫn nhánh 39 Hệ phương trình điện nút là: GAA - GABB = G1E1 -GABA + GBB = -G5E5 Giải hệ phương trình ta có điện nút, từ tính dịng điện nhánh Các bước để giải mạch điện theo phương pháp điện nút là: Bước 1: Xác định số nút n Bước 2: Chọn nút có điện biết trước Bước 3: Tính tổng dẫn nhánh nối với nút G A, GB… tổng dẫn chung nhánh nút GAB…và điện dẫn nhánh có nguồn G1, G5 Bước 4: Lập hệ phương trình điện nút Bước 5: Giải hệ phương trình ta có điện nút Bước 6: Sử dụng định luật Ohm tính dịng điện nhánh Ví dụ 2.8: Giải mạch điện hình 1 1  1    GA =         0,00663  R1 R3   470 680 330  R2  1  1    GB =         0,01403  R4 R6   330 1000 100  R5    0,00303 GAB =     R3  300 1 G1 =     R1  470   GAB =     R5  100 Hệ phương trình điện nút 4,5 470 7 -0,00303A + 0,01403B = 100 0,00663A - 0,00303B = Giải hệ phương trình ta có: A = -0,928V; B = -5,19V Từ tính dịng điện nhánh I1 = I2 = I3 = E1   A 4,5  0,928   0,01155A R1 470 A R2   0,928  0,00136A 680  A  B R2   0,928  5,19  0,01219A 330 40 I4 = I5 = B R4   5,19  0,00519A 100 E5   B  5,19   0,0181A R5 100 Phương pháp điện nút sử dụng mạch điện có nhiều nhánh nút Đặc biệt mạch có nút ta dễ dàng tính điện nút Hình 2.14 Mạch điện áp dụng phương pháp điện nút Chọn B = điện nút A ẩn số GAA = G1 E1 + G3 E3 1    0,07892 47 22 82 1 G1 =    G3 = R 47  1 GA =       R3  82 G1E1 + G3E3 = 0,27374 Vậy, phương trình điện nút A là: 0,07892A = 0,27374 Giải ta có: A = 3,468V Dòng điện nhánh I1 = I2 = I3 = E1   A 10  3,468   0,139 A R1 47 ¢ R2  3,468  0,158 A 22 E3   A  3,468   0,0187 A R3 82 41 Thí nghiệm mạch điện chiều 3.1.Mục tiêu: Lắp ráp, kiểm tra, đo đạc thông số mạch điện chiều Được tổ chức thực hành xưởng thực tập Sinh viên quan sát thao tác mẫu giáo viên Thực tập theo nhóm từ đến sinh viên 3.2.Nội dung: Thực hành định luật mạch điện Vật tư, thiết bị: STT Vật tư, thiết bị Số lượng 03 Ampe kế  5A 04 Vôn kế xoay chiều  250V 42 Điện trở có trị số thay đổi  200  Dây nối 04 a Sơ đồ: R R + U1 + R1 R3 R2 R4 + R3 U1 - U2 - Hình 2.15: Định luật Kirchooff Hình 2.16: Định luật Ôm b Các bước thực hiện: Bước 1: Kiểm tra thiết bị Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ Bước 5: Cấp nguồn chiều cho mạch điện Bước 5: Tiến hành đo đạc tính tốn Lấy số liệu ghi vào bảng kết quả: Thứ tự I1 I2 Kết đo I3 UR1 UR2 I34 Kết đo UR1 UR2 UR3 UR3 I1 Kết tính I2 I3 UR1 UR2 UR3 I12 Kết tính I34 UR1 UR2 UR3 UR4 R R/2 2R/3 R/3 Thứ tự R R/2 2R/3 I12 UR4 43 R/3 Câu hỏi ôn tập tập Nguồn điện gì? Tải gì? Hãy cho ví dụ nguồn điện tải Phát biểu định luật Ohm Phát biểu định luật Kirchooff Các bước giải mạch điện phương pháp dòng điện nhánh Các bước giải mạch điện phương pháp điện điểm nút Cho E = 100V; R = 10; I = 5A Tính điện áp U sơ đồ hình 2.17 a, b 44 Đáp số: Hình 2.17 Mạch điện tập 2.6 a UAB = 150V b UBA = 50V Cho E = 50V; R = 5; U = 40V Tính dịng điện sơ đồ hình a, b Hình 2.18 Mạch điện tập 2.7 Đáp số: a I = 18A b I = 2A Một tải có điện trở R = 19 đấu vào nguồn điện chiều có E = 100V, điện trở Rtr = 1 Tính dịng điện I, điện áp U công suất P tải Đáp số: I = 5A; U = 95V; P = 475W Cho nguồn điệnb chiều có sức điện động E = 50V; điện trở R tr = 0,1 Nguồn điện cung cấp điện cho tải có điện trở R Biết cơng suất tổn hao nguồn điện 10W Tính dòng điện I, điện áp U cực nguồn điện, điện trở R công suất P tải tiêu thụ Đáp số: I = 10A; U = 49V; R = 4,9; P = 490W 10 Một nguồn điện có sức điện động E điện trở R tr = 0,5, cung cấp điện cho tải có điện trở R Biết điện áp tải U = 95V; cơng suất tải tiêu thụ P = 950W Tính E, R Đáp số: E = 100V; R = 9,5 45 11 Bốn điện trở R1, R2, R3, R4 mắc nối tiếp dầu vào nguồn điện áp U = 12V (điện trở khơng) Dịng điện mạch I = 25mA, điện áp điện trở R1, R2, R3 2,5V; 3V; 4,5V Vẽ sơ đồ cách đấu dây, cách mắc ampe kế, vôn kế để đo đại lượng Tính điện áp U4 điện trở R4 Tính điện trở R1, R2, R3, R4 Đáp số: U4 = 2V; R1 = 100; R2 = 120; R3 = 180; R4 = 80 12 Biết số số ampe kế hình Xác định số ampe kế A1 A2 Hình 2.19 Mạch điện tập 2.12 Đáp số: IA1 = 3,5A; IA2 = 2,5A 13 Để có điện trở (tương đương) 150, người ta đấu song song hai điện trở R1 = 330 R2 Tính R2 Đáp số: R2 = 275 14 Hai điện trở R1 = 100 R2 = 47 đấu song song, biết dịng điện mạch I = 100mA Tính dịng điện qua điện trở R1, R2 Đáp số: I1 = 32mA; I2 = 68mA 15 Dùng phép biến đổi tương đương, tính đường dịng điện nhánh sơ đồ hình vẽ Tính cơng suất nguồn công suất điện trở Cho U = 80V; R = 1,25; R1 = 6; R2 = 10 Đáp số: I1 = 10A; I2 = 6A; I = 16A; P = UI = 1280W; PR = 320W PR1 = 600W; PR2 = 360W Ta thấy P = PR + PR1 + PR2 46 Hình 2.20 Mạch điện tập 2.15 16 Tính dịng điện I cơng suất nguồn sơ đồ hình B1.16 Cho U = 120V; R1 = R2 = R3 = 2; R4 = R5 = R6 = 6 Đáp số: I = 60A; P = 7,2W Hình 2.21 Mạch điện tập 2.16 17 Cho mạch điện sơ đồ hình vẽ Hãy giải mạch điện phương pháp sau: a Phương pháp dòng điện nhánh b Phương pháp điện nút (chọn điểm nút B có điện không) Cho E1 = 200V; R1 = 2; E2 = 170V; R2 = 10; R3 = 20 Hình 2.22 Mạch điện tập 2.17 Đáp số: Chọn chiều dòng điện nhánh hình vẽ a I1 = 10A; I3 = 9A; I2 = -1A (chiều dòng điện I2 (nhánh 2) ngược với chiều vẽ) b Lập phương trình điện nút A, giải A = 180V; Từ có UAB = A - B = 180 - = 180V áp dụng định luật Ôm cho nhánh ta có: I1 = 10A; I2 = -1A; I3 = 9A ... 2 .1. 1 Mạch điện có điện trở R 8 13 13 13 14 15 18 18 19 19 20 25 25 25 25 27 29 30 31 33 33 34 35 37 38 42 48 48 48 49 49 50 52 52 56 56 56 2 .1. 2 Mạch điện có điện trở L 2 .1. 3 Mạch điện có điện. .. điện nhánh I1, I2, I3 Bước 2: Phương trình Kirchooff cho (n -1 ) = 2 -1 =1 nút A I1 - I2 + I3 = (1) Bước 3: Phương trình Kirchooff cho (m - n +1) = 3-2 +1 = mạch vòng độc lập a, b I1.R1  I R2  E1...2 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP ( Ban hành kèm theo Quyết định số 248a/QĐ-CĐNKTCN ngày 17 tháng