GIẢI MẠCH CÓ THÔNG SỐ NGUỒN PHỤ THUỘ C

5. GIẢI CÁC MẠCH ĐIỆN NÂNG CAO

5.3. GIẢI MẠCH CÓ THÔNG SỐ NGUỒN PHỤ THUỘ C

5.3.1. Dạng nguồn áp phụ thuộc

* Giải mạch điện có nguồn áp phụ thuộc theo phương pháp điện thế nút

Để đi đến giải mạch điện có nguồn dòng phụ thuộc theo phƣơng pháp điện thế nút, ta đi thành lập phƣơng trình nút cho trƣờng hợp mạch có nguồn áp độc lập và trƣờng hợp tổng quát.

Nếu một nhánh của mạch là 1 nguồn hiệu thế độc lập, dòng điện trong nhánh đó

không thể tính dễ dàng theo hiệu thế nút. Vì hiệu thế của nguồn không còn là ẩn số nên chỉ còn (n-2) thay vì (n-1) hiệu thế chƣa biết, do đó ta chỉ cần (n-2) phƣơng trình nút, viết nhờ định luật Kiếc Khốp để giải bài toán. Để có (n-2) phƣơng trình này ta tránh 2

nút nối với nguồn hiệu thế thì dòng điện chạy qua nguồn này không xuất hiện.

Cuối cùng, để tìm dòng điện chạy trong nguồn hiệu thế, ta áp dụng định luật Kiếc Khốp tại nút liên hệ với dòng điện còn lại này, sau khi tính đƣợc các dòng điện

trong các nhánh tại nút này.

+ Chúng ta chƣa tìm đƣợc một phƣơng pháp tổng quát để viết thẳng các phƣơng trình nút trong những mạch có chứa nguồn hiệu thế.

Trong thực tế nguồn hiệu thế thƣờng đƣợc mắc nối tiếp với một điện trở (chính là nội trở của nguồn) nên ta có thể biến đổi thành nguồn dòng điện mắc song song với điện trở đó (biến đổi Thevenin, Norton).

Nếu nguồn hiệu thế không mắc nối tiếp với điện ta phải dùng phƣơng pháp chuyển vị nguồn trƣớc khi biến đổi.

Sau các biến đổi, mạch đơn giản hơn và chỉ chứa nguồn dòng điện và ta có thể viết hệ phƣơng trình một cách trực quan.

* Nguồn hiệu thế phụ thuộc :

Ta cần một phƣơng trình phụ bằng cách viết hiệu thế của nguồn phụ thuộc theo hiệu thế nút.

80

Thí dụ 3.1a:

Tìm hiệu thế v

1 trong mạch (Hình 5.9)

Hình 5.9: Mạchđiện có nguồn điện áp phụ thuộc

Mạch có 4 nút và chứa 2 nguồn hiệu thế nên ta chỉ cần viết 1 phƣơng trình nút cho nút b. Chọn nút O làm chuẩn, phƣơng trình cho nút b là:

1 24 2 4 0 1 3 b b V  V  V   (a)

Với phƣơng trình phụ là quan hệ giữa nguồn phụthuộc và các hiệu thế nút:

Vb = 24 – V1 (b)

Thay (b) vào (a), sau khi đơn giản:

V

1= 2 (V)

5.3.2. Dạng nguồn dòng phụ thuộc

* Giải mạch điện có nguồn dòng phụ thuộc theo phương pháp điện thế nút

Trong trƣờng hợp ngoài điện trở ra, mạch chỉ chứa nguồn dòng điện thì viết phƣơng trình nút cho mạch là biện pháp dễ dàng nhất để giải mạch. Chúng ta luôn có thể viết phƣơng trình một cách trực quan, tuy nhiên nếu trong mạch có nguồn dòng điện phụ thuộc thì ta cần có thêm các hệ thức diễn tả quan hệ giữa các nguồn này với các ẩn số của phƣơng trình mới đủ điều kiện để giải mạch.

Để đi đến giải mạch điện có nguồn dòng phụ thuộc theo phƣơng pháp điện thế nút, ta đi thành lập phƣơng trình nút cho trƣờng hợp tổng quát.

Xét mạch chỉ gồm điện trở R và nguồn dòng điện độc lập, có N nút. Nếu không kể nguồn dòng điện nối giữa hai nút j và k, tổng số dòng điện rời nút j đến nút k luôn có dạng:

Gjk(Vj– Vk) (5.30)

Gjklà tổng điện dẫn nối trực tiếp giữa hai nút j , k ( j ≠ k ) gọi là điện dẫn chung giữa hai nút j, k ; ta có:

Gjk= Gkj

(5.31)

Gọi ijlà tổng đại số các nguồn dòng điện nối với nút j. Định luật Kiếc khốp áp dụng cho nút j:

81

( )

ik i k i k

G V V i

 (ij> 0 khi đi vào nút j)

Hay: i ik ik k i( ) k k vG G V i jk (5.32) ik k G

 : Là tổng điện dẫn của nhánh có một đầu tại nút j. Ta gọi chúng là điện dẫn riêng của nút j và ký hiệu:

ij ik k

G G (5.33)

Phƣơng trình (5.32) có thể viết lại:

ij j jk k j ( )

k

G V G V i jk (5.34)

Viết phƣơng trình (5.34) cho (n - 1) nút ( j = 1, ..., n - 1 ), ta đƣợc hệ thống phƣơng trình: Nút 1: G11V1– G12V2– G13 V3. . . – G1(n-1)Vn-1= i1 Nút 2: -G21V1+– G22V2– G23 v3. . . – G2(n-1)Vn-1= i2 : : : Nút n -1: -G(n-1)1 V1– G(n-2)2V2– G(n-3)3 V3. . . + G(n-1)(n-1)Vn-1= in-1 Dƣới dạng ma trận: 11 12 1 1 21 22 2 1 1.1 1.2 1. 1 ... ... ... ... ... N N n n n n G G G G G G G G G               1 1 2 2 1 1 . . . . n n v i v i v  i                                           Hay [G][V] = [I] (5.35)

[G]: Gọi là ma trận điện dẫn các nhánh, ma trận này có các phần tử đối xứng qua đƣờng chéo chính và các phần tử có thể viết một cách trực quan từ mạch điện .

[V]: Ma trận hiệu thế nút, phần tử là các hiệu thế nút.

[I]: Ma trận nguồn dòng điện độc lập, phần tử là các nguồn dòng điện nối với các nút, có giá trị dƣơng khi đi vào nút.

* Đối với mạch điện có nguồn dòng điện phụ thuộc :

Phƣơng pháp vẫn nhƣ trên nhƣng khi viết hệ phƣơng trình nút trị số của nguồn dòng điện này phải đƣợc viết theo hiệu thế nút để giới hạn số ẩn số vẫn là n-1. Trong

trƣờng hợp này ma trận điện dẫn của các nhánh mất tính đối xứng.

Ví dụ 3.2a

82

Hình 5.11: Mạch điện ví dụ 3.2a

Ta có thể viết phƣơng trình nút một cách trực quan:

1 2 1 2 3 1 1 1 5 4 2 2 1 1 1 1 3 2 2 3 6 V V V V i                        (a)

Hệ thống có 3 ẩn số, nhƣ vậy phải viết i3theo V1và V2.

1 2 3 2 V V i   (b)

Thay (b) vào (a) và sắp xếp lại :

1 2 1 2 3 1 1 5 0 4V 2V   V 2V  1 20( ) ; 2 40( ) V V V V      . Ví dụ 3.2b Tính V2 trong mạch (hình 5.13). Hình 5.13: Mạch điện ví dụ 3.2b

Chọn nút chuẩn O, V1& v=2nhƣ trong (H 3.8) Hệ phƣơng trình nút là: 1 2 3 1 2 3 1 1 4 2 1 1 9 V V i V V i                        (a) Với i3 = 5V1 (b)

83 Ta đƣợc: 1 2 1 2 7 4 2 10 4 0 9 V V V V          (c) Từ (a), (b), (c) ta đƣợc: V2 = -114 (V)

84

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG I

1. Lập bảng so sánh 2 cách đấu song song và nối tiếp điện trở (định nghĩa, công thức xác định điện trở tƣơng đƣơng, dòng áp chung và trên mỗi phần tử, công suất...). Hai điện trở bằng nhau khi đấu song song và đấu nối tiếp trị số Rtđthay đổi nhƣ thế nào ?

2. So sánh 2 cách đấu nguồn điện (đấu song song và đấu nối tiếp).

3. Giải thích hai sơ đồ tƣơng đƣơng của nguồn điện (Nguồn dòng và nguồn áp).

4. Phát biểu hai định luật Kirchoff. Cách viết các phƣơng trình Kirchoff ? Cho ví dụ.

5. Nêu cách giải mạch điện bằng phƣơng pháp biến đổi điện trở ? Đặc điểm của phƣơng pháp này.

6. Nêu cách giải mạch điện bằng phƣơng pháp dòng điện nhánh, phƣơng pháp dòng điện vòng? So sánh đặc điểm của hai phƣơng pháp này.

7. Thế nào là dòng điện xoay chiều hình sin ? Phân biệt trị số tức thời, biên độ và hiệu dụng của lƣợng hình sin.

8. Thế nào là pha, góc pha đầu, sự lệch pha ? Hai lƣợng hình sin cùng pha có đặc điểm

gì, muốn 2 lƣợng hình sin bằng nhau phải thỏa mãn điều kiện gì ?

9. Nêu cách biểu diễn lƣợng hình sin bằng đồ thị véc tơ ?

10. Công suất biểu kiến là gì ? Phân biệt công suất biểu kiến và công suất tác dụng.

11. Thế nào là hiện tƣợng cộng hƣởng điện áp. Điều kiện để có cộng hƣởng là gì ? Ý nghĩa của hiện tƣợng cộng hƣởng ?

12. Nêu nhƣ̃ng ƣu điểm của ma ̣ch ba pha.

13. Đi ̣nh nghĩa điê ̣n áp pha, điê ̣n áp dây, dòng điện dây và quan hệ giữa chúng khi nối sao và nối tam giác.

14. Trình bày các bƣớc giải mạch điện ba pha đối xứng.

85

BÀI TẬP CHƢƠNG I

Bài 1: Cho mạch điệncầu nhƣ hình vẽ. Biết: E = 4,4V, R1 = 20; R2 = 60; R3 = 120; R4 = 80; R5 = 44. Tính điện trở tƣơng đƣơng của toàn mạch.

Đáp số: Biến đổi 1 trong 2 tam giác ABD hoặc CBD thành hình sao tƣơng đƣơng, giả sử biến đổi ABD, khi đó: RA = 6; RB = 12; RD = 36; RCO = 16; Rtm = 22.

Bài 2: Cho mạch điện nhƣ hình vẽ, có: E = 30V; R2 = R3 = 20; R1 = Rt = 10.

Tính điện trở tƣơng đƣơng của toàn mạch và dòng điện trong mạch ?

Đáp số: Rtm = 7,3 ; I = 4,1A

Bài 3: Cho mạch điện nhƣ hình vẽ, có: R1 = 12. ; R2 = 4; R3 = 3; R4 = 8; R5 = 6; R6 = 8. Tính điện trở tƣơng đƣơng của toàn mạch?

E

R2

86

Đáp số: Rtđ = 2 

Bài 4: Cho mạch điện nhƣ hình vẽ, có: R1 = 10. ; R2 = 3; R3 = 1; R4 = 6; R5 = 12; R6 = 4; R7 = 1; R8 = 5. Tính điện trở tƣơng đƣơng của toàn mạch?

Đáp số: Rtđ = 11,2 

Bài 5: Dùng phép biến đổi tƣơng đƣơng, tính dòng điện trong các nhánh trên sơ đồ hình B1.2. Tính công suất nguồn và công suất trên các điện trở. Biết U = 80V; R =

1,25 ; R1 = 6; R2 = 10.

Hình B1.2

Đáp số: I1 = 10A; I2 = 6A; I = 16A; P = 1280W; PR = 320W; PR1 = 600W; PR2 = 360W; R2 R5 R3 R1 R6 R4 R5 R3 R1 R6 R4 R2 R8 R7 + R R1 R2 - I1 I2 I

87

Bài 6: Cho mạch điện trên sơ đồ hình B2.2. Biết nguồn E = 15V; R1 = 6; R2 = 12; R3 = 10; R4 = 40. Tính dòng điện trong các nhánh.

Đáp số: I1 = 0,833A; I2 = 0,417A; I3 = 1A; I4 = 0,25A .

Bài 7: Cho mạch điện trên sơ đồ hình. Hãy giải mạch điện bằng 2 phƣơng pháp sau: a, Phƣơng pháp dòng điện nhánh.

b, Phƣơng pháp dòng điện vòng

Cho biết E1 = 200V; R1 = 2; E2 = 170V; R2 = 10; R3 = 20.

Đáp số: I1 = 10A; I2 = -1A; I3 = 9A..

Bài 8: Mạch điện gồm điện trở R = 7,5mắc nối tiếp với tụ điện C = 320F, đặt vào điện áp xoay chiều U = 125V. f = 50Hz. Tính dòng điện và các thành phần của tam giác điện áp, vẽ đồ thị véctơ.

Đáp số: I = 10A; UR = 75V; UX = -100 V; tg = -1,333  = -530

Bài 9: Mạch điện gồm điện trở R = 12, C = 127F, L = 160mH nối tiếp vơi nhau, đặt vào điện áp xoay chiều U = 127V. f = 50Hz. Tính dòng điện và các thành phần của tam giác điện áp, tam giác công suất. Vẽ đồ thị véctơ.

Đáp số: I = 4,6A; UR = 55,2V; UX = 115V; tg = 2,08  = 60020‟ P = 254 W; Q = 529VAr; S = 584VA. R1 I1 I2 R2 E1 I3 R3 E2 A B E a R2 R3 R4 I3 I4 I R1 I2 I1

88

Bài 10: Mạch điện có điện trở R = 2, C = 64F, L = 160mH nối tiếp vơi nhau, đặt vào điện ápxoay chiều U = 220V. Với tần số nguồn điện bao nhiêu sẽ sảy ra cộng hƣởng điện áp. Xác định hệ số phẩm chất và các thành phần tam giác điện áp trong trƣờng hợp cộng hƣởng.

Đáp số: f0 = 50Hz; q = 25; UR = U = 220V; UL = UC = 5500V.

Câu 11: Một mạch điện 3 pha, nguồn nối Y, tải nối ∆. Nguồn và tải đều đối xứng. Biết dòng điện pha của tải IPt= 50 A, điện áp pha của tải UPt = 220 V.

a. Hãy vẽ sơ đồ nối dây mạch ba pha và trên sơ đồ ghi rõ các đại lƣợng pha và

dây.

b. Hãy xác định dòng điện pha và điện áp pha của nguồn.

Câu 12: Mạch điện gồm R = 30, L = 0,8H, C mắc nối tiếp. Điện áp nguồn u = 120

2 Sin 100t (V).

a, Xác định C để mạch cộng hƣởng nối tiếp. Tính dòng điện cộng hƣởng.

b, Với C = 25. 10-5 F. Tính hệ số UR, UL, UC, hệ số Cos, P, Q, S.

89

C

CHHƯƯƠƠNNGG22::AANNTTOOÀÀNNĐĐIIỆỆNN I. MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG

- Thực hiện công tác bảo hộ lao động. Công tác phòng chống cháy, nổ, bụi và nhiễm độc hoá chất.

- Thực hiện đúng những nguyên tắc và những tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn về điện cho ngƣời và thiết bị.

- Lắp đặt các hệ thống để bảo vệ an toàn trong công nghiệp và dân dụng.

- Thực hiện các biện pháp sơ, cấp cứu ngƣời bị điện giật.

- Vận dụng đƣợc những nguyên tắc và những tiêu chuẩn để đảm bảo an toàn về điện cho ngƣời và thiết bị; các biện pháp sơ, cấp cứu ngƣời bị điện giật.

II. NỘI DUNG CHI TIẾT

1. CÁC BIỆN PHÁP PHÕNG HỘ LAO ĐỘNG. 1.1. PHÕNG CHỐNG NHIỄM ĐỘC.

1.1.1. Đặc tính chung của hoá chất độc.

Chất độc công nghiệp là những chất dùng trong sản xuất, khi xâm nhập vào cơ thể dù chỉ một lƣợng nhỏ cũng gây nên tình trạng bệnh lý. Bệnh do chất độc gây ra trong sản xuất gọi là nhiễm độc nghề nghiệp. Khi độc tính chất độc vƣợt quá giới hạn cho phép, sức đề kháng của cơ thể yếu độc chất sẽ gây ra nhiễm độc nghề nghiệp.

Các hoá chất độc có trong môi trƣờng làm việc có thể xâm nhập vào cơ thể qua đƣờng hô hấp, tiêu hoá và qua việc tiếp xúc với da. Các loại hoá chất có thể gây độc hại: CO, C2H2, MnO, ZnO2, hơi sơn, hơi ôxid Cr khi mạ, hơi các axit.

Tính độc hại của các hoá chất phụ thuộc vào các loại hoá chất, nồng độ, thời gian tồn tại trong môi trƣờng mà ngƣời lao động tiếp xúc với nó. Các chất độc càng dễ tan vào nƣớc thì càng độc vì chúng dể thấm vào các tổ chức thần kinh của ngƣời và gây tác hại.

Trong môi trƣờng sản xuất có thể cùng tồn tại nhiều loại hoá chất độc hại. Nồng độ của từng chất có thể không đáng kể, chƣa vƣợt quá giới hạn cho phép, nhƣng nồng độ tổng cộng của các chất độc cùng tồn tại có thể vƣợt quá giới hạn cho phép và có thể gây trúng độc cấp tính hay mãn tính.

1.1.2. Tác hại của các chất độc.

a. Phân loại các nhóm hoá chất độc.

- Nhóm 1: Chất gây bỏng, kích thích da, niêm mạc: nhƣ axit đặc, kiềm đặc và

loãng (vôi tôi, NH3), ... Nếu bị trúng độc nhẹ thì dùng nƣớc lã dội rửa ngay. (chú ý bỏng nặng có thể gây choáng, mê man, nếu trúng mắt có thể bị mù.

- Nhóm 2:Các chất kích thích đƣờng hô hấp trên và phế quản: hơi clo (Cl), NH3, SO3, NO, SO2, hơi fluo, hơi crôm v.v... Các chất gây phù phổi: NO2, NO3, Các chất

90

này thƣờng là sản phẩm cháy các hơi đốt ở nhiệt độ trên 800 oC.

- Nhóm 3:Các chất làm ngƣời bị ngạt do làm loãng không khí nhƣ: CO2, C2H5, CH4, N2, CO...

- Nhóm 4:Các chất độc đối với hệ thần kinh nhƣ các loại hydro cacbua, các loại rƣợu, xăng, H2S, CS2, v.v...

- Nhóm 5: Các chất gây độc với cơ quan nội tạng nhƣ hydrocacbon, clorua metyl, bromua metyl v.v...Chất gây tổn thƣơng cho hệ tạo máu: Benzen, phênôn. Các kim loại và á kim độc nhƣ chì, thuỷ ngân, mangan, hợp chất acsen, v.v...

b. Một số chất độc và các dạng nhiễm độc nghề nghiệp thƣờng gặp.

- Nhiễm độc chì :

Tác hại của chì (Pb) là làm rối loạn việc tạo máu, làm rối loạn tiêu hoá và làm suy hệ thần kinh, viêm thận, đau bụng chì, thể trạng suy sụp.

Nhiểm độc chì mản tính có thể gây mệt mỏi, ít ngủ, ăn kém, nhức đầu, đau cơ xƣơng, táo bón ở thể nặng có thể liệt các chi, gây tai biến mạch máu não, thiếu máu phá hoại tuỷ xƣơng. Nhiểm độc chì có thể xảy ra khi in ấn, khi làm ắc quy, ...

Chì còn có thể xuất hiện dƣới dạng Pb(C2H5)4, hoặc Pb(CH3)4. Những chất này