ky thuat dien
Chương 1 : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN I Khái niệm chung: 1. MẠCH ĐIỆN: Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn (phần tử dẫn) tạo thành những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy qua. Mạch điện thường gồm các loại phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải), dây dẫn.
a. Nguồn điện: Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn điện là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng thành điện năng. - Nguồn áp : lý tưởng khi giá trị điện áp e = const phụ thuộc vào đường đi của nó Ký hiệu :
Trong thực tế điện áp U phụ thuộc vào dòng điện chay qua nó - Nguồn dòng: J(A) Lý tưởng : J= const, phụ thuộc vào điện áp hai đầu
Trong thực tế thì J se thay đổi tuỳ theo tải b. Tải: Tải là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng v...v. c. Dây dẫn: Dây dẫn làm bằng kim loại (đồng, nhôm ) dùng để truyền tải điện năng từ nguồn đến tải. 2.KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN : a. Nhánh: Nhánh là một đoạn mạch gồm các phần tử ghép nối tiếp nhau, trong đó có cùng một dòng điện chạy từ đầu này đến đầu kia.
b. Nút: Nút là điểm gặp nhau của từ ba nhánh trở lên.
c. Vòng: Vòng là lối đi khép kín qua các nhánh.
d. Mắt lưới : vòng mà bên trong không có vòng nào khác
Số nhánh n= 5, nút a= 3 , mắt lưới =3 , số vòng = 6 3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG Để đặc trưng cho quá trình năng lượng cho một nhánh hoặc một phần tử của mạch điện ta dùng hai đại lượng: dòng điện i và điện áp u. Công suất của nhánh: p = u.i a. Dòng điện Dòng điện i về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua tiết diện ngang một vật dẫn: i = dq/dt
Chiều dòng điện quy ước là chiều chuyển động của điện tích dương trong điện trường. Nói cách khác : dòng điện la tốc độ thay đồi lượng điện tích qua một tiết diện dây dẫn hay là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện b. Điện áp Hiệu điện thế (hiệu thế) giữa hai điểm gọi là điện áp. Điện áp giữa hai điểm A và B: UAB = UA - UB Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp. c. Công suất: Trong mạch điện, một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát năng lượng. p = u.i > 0 nhánh nhận năng lượng p = u.i
Nguồn điện áp còn được biểu diễn bằng một sức điện động e(t) (b) Chiều e (t) từ điểm điện thế thấp đến điểm điện thế cao. Chiều điện áp theo quy ước từ điểm có điện thế cao đến điểm điện thế thấp: u(t) = - e(t) Lý tưởng : u =e=const
Thực tế :
U =e - ih P = ui
3. Điện trở R Điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng sang dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng v...v. Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện trở : uR = R.i
Đơn vị của điện trở là Ω (ohm) Công suất điện trở tiêu thụ: p = Ri¬2 Điện dẫn G: G = 1/R. Đơn vị điện dẫn là Simen (S) Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng thời gian t :
Khi i = const ta có A = R i2.t 4. Điện cảm L ( Henry) Ψ = L.i Sức điện động cảm ứng : e = - L . du /dt => uL = -e = L. du /dt Ký hiệu : L ( chỉ có ý nghĩa với dòng điện xoay chiều ) Ta có : u = L. di / dt => di = (1/L)udt => I = 1/L ∫udt P = ui =Li.di /dt =0 ( Cuộn cảm khong tiêu thụ công suất) Năng lượng từ trường của cuộn dây:
Điện cảm L đặc trưng cho quá trình trao đổi và tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây. 5. Điện dung C : (Capaciter) ( hay còn gọi là tụ điện)
Tính điện tích : q = c.u i = dq / dt , i = C .du / dt Tụ điện không cho dòng điện một chiều chạy qua, nếu là nguồn một chiều thì u = const du =o => I = 0 Nếu là nguồn xoay chiều thì u ≠ const dẫn đến du = 1/C .idt u =(1/ C) ∫idt P = Cu . du / dt = 0 ( tụ điện chỉ có tích điện nên không phát hay thu) Năng lượng điện trường tích trong tụ : WC = ½.C.u2
III. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN: 1. ĐỊNH LUẬT KIẾCHỐP a.Định luật Kiếchốp 1 : Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không: Σi = 0 trong đó thường quy ước các dòng điện có chiều đi tới nút mang dấu dương, và các dòng điện có chiều rời khỏi nút thì mang dấu âm hoặc ngược lại. Ví dụ : Tại nút A , định luật Kiếchốp 1 được viết: i1 - i2 - i3 = 0
b.Định luật Kiếchốp 2 : Đi theo một vòng khép kín, theo một chiều dương tùy ý, tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử R ,L, C bằng tổng đại số các sức điện động có trong vòng; trong đó những sức điện động và dòng điện có chiều trùng với chiều dương của vòng sẽ mang dấu dương, ngược lại mang dấu âm. Ví dụ: Đối với vòng kín trong hình , định luật Kiếchốp 2 được viết: R3 i3 - XL2 i2 + R1 i1 = e2 - e1
2. ĐỊNH LUẬT OHM CHO TOÀN MẠCH: Định nghĩa: Dòng điện trong mạch tỷ lệ thuận với sức điện động của nguồn và tỷ lệ nghịch với tổng trở của mạch. I = E / ∑R Giả sử cho một mạch điện không phân nhánh nhu sau :
Có nguồn sức điện động E, nội trở r0 cung cấp cho phụ tải có điện trở là R, qua một đường dây có điện trở rd , dòng điện trong mạch là I. Áp dụng Định luật Ohm cho toàn mạch,ta có : • Điện áp đặt lên lên phụ tải : U = I.R • Điện áp đặt lên lên đường dây: Ud = I.rd • Điện áp đặt lên lên nội trở: U0 = I.r0 Ta có sức điện động của nguồn bằng tổng điện áp của từng đoạn mạch: E = U + Ud + U0 = I ( R + rd + r0) = I.∑R Với ∑R là tổng điện trở của toàn mạch IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN: 1.Các phương pháp biến đổi tương đương: a. Mạch điện trở mắc nối tiếp: Trong trường hợp có n điện trở mắc nối tiếp, có thể biến đổi tương đương thành mạch điện như sau:
Áp dụng định luật Ohm ta có: U1= I.R1 U2= I.R2 ............ Un= I.Rn Mà U =U1 + U2 +....+ Un = I( R! + R2 +.......+ Un) = IRtđ n Trong đó Rtđ = R1 + R2 +....+Rn =∑ Ri i = 1 Như vậy , đối với một mạch điện có các điện trở mắc nối tiếp ,ta có: - Dòng điện chạy qua các điện trở la như nhau - Điện áp của toàn mạch bắng tổng điện áp trên các điện trở - Điện trở tương đương của mạch bằng tổng các điện trở thành phần
Mạch phân áp: Trong trường hợp điện trở mắc nối tiếp với nhau ,quan hệ giữa các điện áp như sau:
R! U1 = U --------- R1 + R2
R2 U2 = U --------- R1 + R2
b. Địên trở mắc song song :
Áp dụng định luật Ohm ta có: U =I1R1 = I2R2 = .....= InRn I = I1 + I2 + .....+ In = U( 1/R1 + 1/R2 +.....+1/Rn) = U/ Rtđ Khi đó : n 1/Rtđ = 1/R1 + 1/R2 + .......+ 1/Rn = ∑1/Ri i=1 Như vậy , đối với một mạch điện có các điện trở mắc song song ,ta có: • Điện áp rơi trên các thành phần là như nhau • Dòng điện qua mạch bằng tổng các dòng điện qua các thành phần • Nghịch đảo của điện trở tương đương bằng tổng nghịch đảo của các điện trở thành phần Mạch chia dòng: R2 I1 = I --------- R1 + R2
R1 I2 = I --------- R1 + R2
2.Phương pháp Biến đổi sao ( Y) - tam giác (∆) :
Giả sử có 3 điện trở R1 , R2 ,R3 mắc dạng hình sao,ta có thể biến đổi sơ đồ này ( hình a) thành sơ đồ các điện trở mắc hình tam giác Công thức tính các điện trở nối hình tam giác như sau: R1R2 R12 = R1 + R2 +--------- R3 R2R3 R23 = R2 + R3 +--------- R1 R1R3 R31 = R1 + R3 +--------- R2
Khi hình sao đối xứng R1 = R2 = R3 = Ry thì ta có R12 =R23 = R31 =3Ry 3.Phương pháp Biến đổi tam giác (∆) - sao ( Y) :
Giả sử có 3 điện trở R1 , R2 ,R3 mắc với nhau tạo thành hình tam giác.Có thể biến đổi các điện trở mắc tam giác (hình b) thành các điện trở mắc hình sao Cộng thức tính các điện trở như sau: R12R31 R1 = --------------- R12 + R23 + R31 R12R23 R2 = --------------- R12 + R23 + R31 R23R31 R3 = --------------- R12 + R23 + R31 Khi hình tam giác đối xứng R12 = R23 = R31 = R¬∆ thì R1 = R2 = R3 = R¬∆ / 3 4. Phương pháp dòng điện nhánh: Ẩn số của hệ phương trình là dòng điện các nhánh, phương pháp này ứng dụng trực tiếp định luật Kiếchốp 1 vàa 2. Thực hiện như sau: * Bước 1: Qui ước chiều các dòng điện nhánh, mỗi dòng nhánh là một ẩn số.Việc chọn chiều là tuỳ ý, nếu kết quả tính ra trị số âm thì chiều thực của dòng điện ngược với chiều đã chọn. * Bước 2 : Lập hệ phương trình Kiếchốp - Chọn (n - 1) nút để viết phương trình điểm nút theo định luật Kiếchốp 1 - Chọn ( m+1) - n mạch vòng ( tức số mắc lưới) của mạch, mỗi mắc lưới chọn một chiếu duơng và viết các phương trình theo định luật Kiếchốp2 Trong đó : n là số điểm nút, m là số mạch nhánh (m +1) -n là số mắc lưới * Bước 3 : Giải hệ phương trình tìm đáp số dòng điện mỗi nhánh và nhận xét kết quả tính toán 5. Phương pháp dòng điện vòng : Trong phương pháp này, ẩn số của hệ phương trình không phải là dòng điện các nhánh mà là dòng điện vòng mang ý nghĩa vế toán học, vì nếu biết được chúng thì dễ dàng tính được dòng điện các nhánh. Các bước giải theo phương pháp dòng điện mạch vòng như sau: • Bước 1: Xác định (m + 1 - n ) mạch vòng độc lập và tuỳ ý để vẽ chiều dòng điện mạch vòng, thông thường nên chọn chiều các dòng điện mạch vòng giống nhau , thuận tiện cho việc lập hệ phương trình.Trong đó n là số điểm nút, m là số mạch nhánh • Bước 2 : Viết phương trình Kiếchốp 2 cho mỗi mạch vòng theo các dòng điện mạch vòng đã chọn • Bước 3 : Giải hệ phương trình vừa thiết lập, ta códòng điện mạch vòng • Bưỡc 4: Tính dòng điện các nhánh theo dòng điện mạch vòng như sau : Dòng điện mỗi nhánh bằng tổng đại số dòng điện mạch vòng chạy qua nhánh ấy
Bảng tóm tắt chương I
Thông số Ký hiệu đơn vị Quan hệ dòng và áp Công suất, năng lượng Điện trở Ω UR PR=Ri2
Điện cảm H UL=L di/dt PL = uLi WM = ½ Li2 Điện dung F I= C duC /dt Pc = uci WE =1/2 Cu2c Nguồn áp V U = e không phụ thuộc i PE = ci Nguồn dòng A i không phụ thuộc vào u Câu hỏi ôn tập chương I: 1. Các thông số đặc trưng của mạch điện là gì, ý nghĩa của nó . 2. Sơ đồ thay thế của mạch điện là gì, cách thành lập sơ đồ thay thế 3. Phát biểu Định luật Kiếchốp và ý nghĩa của nó
Bài tập chương I
Bài 1:
Bài 2:
Bài 3: Cho một mạch như hình bên dưới
Giải : Biến đổi tam giác ABC (R1,R2,R0) thành hình sao RARBRC RA = (R1.R2)/ ( R1+R2+R0) = 12.6 / 12+6+18 = 2Ω RB = (R1.R0)/ ( R1+R2+R0) = 12.18 / 12+6+18 = 6Ω RC = (R0.R2)/ ( R1+R2+R0) = 18.6 / 12+6+18 = 3Ω Điện trở tương đương ROD của hai nhánh song song ROD = (RB+ R3)(RC+ R4) / RB+ R4 +RC+ R3 = (6+6).(3+21)/ 36 = 8Ω Điện trở tương đương tòan mạch : Rtđ = Rn+RA +ROD 2+2+8 = 12Ω Dòng điện chạy qua nguồn : I = E/ Rtđ =240/12 =20A
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen3h.Co