Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề: Công nghệ chế tạo vỏ tàu thủy - Hệ: Trung cấp nghề) - Trường Cao đẳng Hàng hải II

Chia sẻ: Cố Tiêu Tiêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề: Công nghệ chế tạo vỏ tàu thủy - Hệ: Trung cấp nghề) cung cấp các kiến thức cơ bản về mạch điện (thông số, mô hình, các định luật cơ bản), các phép biến đổi tương đương của mạch điện; trình bày các định luật cơ bản, phương pháp giải các mạch điện một chiều thường gặp; trình bày nguyên lý của dòng điện xoay chiều hình sin, phương pháp giải mạch điện xoay chiều phân nhánh và không phân nhánh;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề: Công nghệ chế tạo vỏ tàu thủy - Hệ: Trung cấp nghề) - Trường Cao đẳng Hàng hải II

TRƢỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI II KHOA KHAI THÁC MÁY GIÁO TRÌNH ĐIỆN KỸ THUẬT MÃ SỐ: MĐ 08 NGHỀ: CHẾ TẠO VỎ TÀU THỦY HỆ: TRUNG CẤP (Lưu hành nội bộ) GIÁO VIÊN: BÙI KIM HẢI TP HỒ CHÍ MINH - 2021 1
LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu. Năng lượng điện sử dụng trở nên rất phổ biến và cần thiết, đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống và sản xuất. Giáo trình môn học Kỹ thuật điện được biên soạn dành cho sinh viên các ngành kỹ thuật không chuyên về Điện thuộc trường Cao đẳng Hàng hải II. Nội dung Giáo trình gồm 4 phần chính: Phần 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TRONG MAÏCH ÑIEÄN Cung cấp các kiến thức cơ bản về mạch điện (thông số, mô hình, các định luật cơ bản), các phép biến đổi tương đương của mạch điện. Phần 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Trình bày các định luật cơ bản, phương pháp giải các mạch điện một chiều thường gặp. Phần 3: DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU HÌNH SIN Trình bày nguyên lý của dòng điện xoay chiều hình sin, phương pháp giải mạch điện xoay chiều phân nhánh và không phân nhánh. Phần 4: MAÏCH ÑIEÄN BA PHA Trình bày nguyên lý, cách đấu nối mạch điện xoay chiều 3 pha, tính toán công suất mạch điện xoay chiều 3 pha. Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Khai thác máy tàu thủy – Trường Cao đẳng Hàng hải II đã quan tâm và tạo mọi điều kiện cho tác giả hoàn thành giáo trình này. ThS. Bùi Kim Hải 2
MUÏC LUÏC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHÖÔNG 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TRONG MAÏCH ÑIEÄN 1.1 Moâ hình Mạch điện. 3 1.2 Caùc khaùi nieäm cô baûn trong maïch ñieän. 11 1.3 Caùc pheùp bieán ñoåi töông ñöông. 12 CHÖÔNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Các định luật và biểu thức cơ bản 18 2.2 Caùc phöông phaùp giaûi maïch ñieän moät chieàu 24 OÂn tập Chöông 1 – 2 42 CHÖÔNG 3: DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU HÌNH SIN 3.1 Khaùi nieäm 43 3.2 Giaûi maïch ñieän xoay chieàu khoâng phaân nhaùnh 48 3.3 Giaûi maïch ñieän xoay chieàu phaân nhaùnh 57 OÂn taäp Chöông 3 80 CHÖÔNG 4: MAÏCH ÑIEÄN BA PHA 4.1 Khaùi nieän chung 81 4.2 Sô ñoà ñaáu daây trong maïch ñieän ba pha caân baèng 82 4.3 Coâng suaát maïch ba pha 88 4.4 Phöông phaùp giaûi maïch ñieän ba pha caân baèng 91 Taøi lieäu tham khaûo 100 3
Chƣơng 1: CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TRONG MAÏCH ÑIEÄN Bài 1.1: MOÂ HÌNH MAÏCH ÑIEÄN 1.1.1: Mạch điện. Maïch ñieän laø taäp hôïp caùc thieát bò ñieän noái vôùi nhau bôûi daây daãn taïo thaønh nhöõng voøng kín ñeå doøng ñieän chaïy qua. Maïch ñieän goàm ba phaàn cô baûn: Nguoàn ñieän, phuï taûi vaø daây daãn. Ví duï: Sô ñoà maïch ñieän ñôn giaûn.R d + E _ I Rt ro Hình 1-1 * Nguoàn ñieän: Laø thieát bò bieán ñoåi caùc daïng naêng löôïng nhö cô naêng, hoùa naêng, … thaønh ñieän naêng. Ví duï: Maùy phaùt ñieän, pin, aéc qui v.v… - Kyù hieäu: + E E _ + _ r0 r0 Hình 1-2 Trong ñoù: - E laø söùc ñieän ñoäng cuûa nguoàn ñieän, coù chieàu ñi töø (-) nguoàn veà (+) nguoàn. - ro laø ñieän trôû trong cuûa nguoàn (noäi trôû). - Doøng ñieän do nguoàn ñieän taïo ra coù chieàu truøng vôùi chieàu söùc ñieän ñoäng E. * Daây daãn: Ñeå daãn doøng ñieän töø nguoàn tôùi nôi tieâu thuï, thöôøng laø daây ñoàng hoaëc nhoâm. 4
* Phuï taûi: Laø caùc thieát bò tieâu thuï ñieän naêng, bieán ñoåi ñieän naêng thaønh caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö cô naêng, nhieät naêng, quang naêng,… Ví duï: Ñoäng cô ñieän, ñeøn ñieän, baøn laø ñieän,… Khi tính toaùn, caùc phuï taûi nhö ñeøn ñieän, baøn laø ñieän,… ñöôïc bieåu dieãn baèng ñieän trôû thuaàn R (Hình 1-3.a), coøn caùc phuï taûi nhö ñoäng cô ñieän ñöôïc bieåu dieãn bôûi ñieän trôû trong ro noái tieáp vôùi söùc ñieän ñoäng E coù chieàu ngöôïc vôùi chieàu doøng ñieän I chaïy trong maïch (Hình 1-3.b). * Ngoaøi ra maïch ñieän coøn coù phaàn töû phuï trôï laø caùc thieát bò ñoùng caét (Caàu dao, rô le…), thieát bò baûo veä( Caàu chì, aùp toâ maùt…), thieát bò ño löôøng (Voân keá, Ampe keá…) + E _ R r0 I a b Hình 1-3 1.1.2: Caùc hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. Caùc hieän töôïng caûm öùng ñieän töø raát nhieàu veû, nhö hieän töôïng chænh löu, bieán aùp, khueách ñaïi… Tuy nhieân xeùt theo quan ñieåm naêng löôïng thì quaù trình ñieän töø trong maïch ñieän coù theå quy veà hai hieän töôïng naêng löông cô baûn : -Hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng. -Hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän töø………………………………… 1.1.3: Hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng. Hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng coù theå chia laøm hai loaïi 2 loaïi: -Hieän töôïng nguoàn : laø hieän töôïng bieán ñoåi töø caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö cô naêng, hoùa naêng, nhieät naêng … thaønh naêng löôïng ñieän töø . 5
-Hieän töôïng tieâu taùn: laø hieän töôïng bieán ñoåi naêng löôïng ñieän töø thaønh caùc daïng naêng löôïng khaùc nhö nhieät, cô, quang, hoùa naêng …tieâu taùn ñi khoâng hoaøn trôû laïi trong maïch nöõa. 1.1.4: Hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän từ Hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän từ laø hieän töôûng naêng löôïng ñieän töø ñöôïc tích vaøo moät vuøng khoâng gian coù toàn taïi tröôøng ñieän töø hoaëc ñöa töø vuøng ñoù trôû laïi beân ngoaøi. Ñeå thuaän tieän cho vieäc nghieân cöùu ngöôøi ta coi söï toàn taïi cuûa moät tröôøng ñieän töø thoáng nhaát goàm hai maët theå hieän: + Tröôøng ñieän vaø tröôøng töø. Vì vaäy hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän töø cuõng goàm hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng trong tröôøng töø vaø hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng trong tröôøng ñieän . Bôûi vì doøng ñieän vaø tröôøng ñieän coù lieân quan chaët cheõ vôùi nhau neân trong baát kì thieát bò ñieän naøo cuõng ñeàu xaåy ra caû hai hieän töôïng bieán ñoåi vaø tích phoùng naêng löôïng .nhöng coù theå trong moät thieát bò thì hieän töôûng naêng löôïng naøy xaåy ra raát maïch hôn so vôùi hieän töôûng naêng löôïng kia . + Ví duï: Trong tuï ñieän , hieän töôïng naêng löôïng chuû yeáu xaåy ra laø hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän. ngoaøi ra do ñieän moâi giöõa hai cöïc tuï coù ñoä daãn höõu haïn naøo ñoù neân trong tuï xaûy ra hieän töôïng tieâu taùn bieán ñieän naêng thaønh nhieät naêng. Trong cuoân daây xaûy ra chuû yeáu laø hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng töø. Ngoaøi ra, doøng ñieän daãn cuõng gaây ra toån hao nhieät trong daây daãn cuûa cuoän daây neân trong cuoän daây cuõng xaûy ra hieän töôïng tieâu taùn. Trong cuoän daây cuõng xaûy ra hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän nhöng thöôøng raát yeáu vaø coù theå boû qua neáu taàn soá laøm vieä c (vaø do ñoù toác ñoä bieán thieân cuûa tröôøng ñieän töø ) khoâng lôùn laém. Trong ñieän trôû thöïc, hieän töôïng chuû yeáu xaûy ra laø hieän töôïng tieâu taùn bieán ñoåi naêng löôïng tröôøng töø thaønh ñieän naêng. Neáu tröôøng ñieän töø bieán thieân khoâng lôùn laém, coù theå boû qua doøng ñieän dòch (giöõa caùc voøng daây quaán hoaëc giöõa caùc lôùp ñieän trôû ) so vôùi doøng ñieän daãn vaø boû qua söùc ñieän ñoäng caûm öùng so vôùi suït aùp treân ñieän trôû, noùi caùch khaùc boû qua hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng ñieän töø. Trong AÉcqui xaûy ra nguoàn bieán ñoåi töø hoùa naêng sang ñieän naêng, ñoàng thôøi cuõng xaûy ra hieän töôïng tieâu taùn. 1.1.5: Moâ hình maïch ñieän: Moâ hình maïch duøng trong lyù thuyeát maïch ñieän, ñöôïc xaây döïng töø caùc phaàn töû maïch lyù töôûng sau ñaây: 6
1.1.5.1: Phaàn töû ñieän trôû: Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng tieâu taùn naêng löôïng ñieän töø Kí hieäu cuûa phaàn töû ñieän trôû R i + u - H ình 1-4 Quan heä giöõa doøng vaø aùp treân hai cöïc vaø phaàn töû ñieän trôû ôû daïng u=Ri trong ñoù R laømoät thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän töôïng tieâu taùn naêng löôïng, goïi laø ñieän trôû. 1.1.5.2: Phaàn töû ñieän caûm : Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng töø Kí hieäu: L i + u - H ình 1-5 Quan heä giöõa doøng vaø aùp treân phaàn töû ñieän caûm thöôøng coù daïng di uL trong ñoù L laø moät thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän dt töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng töø goïi laø ñieän caûm. 1.1.5.3: Phaàn töû ñieän dung: Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän C i + u - -- - H ình 1-6 Quan heä giöõa doøng ñieän vaø ñieän aùp thöôøng coù daïng i=Cdu/dt trong ñoù C goïi laø ñieän dung laø moät thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän töôïng tích phoùng naêng löôïng tröôøng ñieän. 1.1.5.4: Phaàn töû nguoàn: Laø phaàn töû ñaëc tröng cho hieän töôïng nguoàn. Phaàn töû nguoàn goàm 2 loaïi. Phaàn töû nguoàn aùp vaø phaàn töû nguoàn doøng. Phöông trình traïng thaùi cuûa phaàn töû nguoàn aùp coù daïng u(t) = e(t), trong ñoá e(t) khoâng phuï thuoäc doøng i(t) chaûy qua phaàn töû vaø ñöôïc goïi söùc ñieän ñoäng. Phöông trình traïng thaùi cuûa phaàn töû nguoàn doøng coù daïng i(t) = j(t0 trong ñoù j(t) khoâng phuï thuoäc aùp u(t) treân 2 cöïc cuûa phaàn töû e(t) vaø j(t) laø 2 thoâng soá cô 7
baûn cuûa maïch ñieän ñaëc tröng cho hieän töôïng nguoàn, ño khaû naêng phaùt cuûa nguoàn. R, L, C, e, j laø caùc thoâng soá cô baûn cuûa maïch ñieän, ñaëc tröng cho baûn chaát cuûa quaù trình ñieän töø ( tieâu taùn, tích phoùng naêng löôïng ñieän tröôøng hoaëc töø tröôøng hoaëc hieän töôïng nguoàn) Caùc phaàn töû ñieän trôû, ñieän caûm, ñieän dung, nguoàn aùp, nguoàn doøng laø caùc phaàn töû lyù töôûng cô baûn cuûa maïch ñieän. Chuùng laø caùc phaàn töû 2 cöïc, ngoaøi ra ñeå tieän lôïi vaø chính xaùc hôn khi moâ hình caùc phaàn töû thöïc coù nhieàu cöïc nhö: transistor, khueách ñaïi thuaät toaùn, bieán aùp…. Ngöôøi ta coøn xaây döïng theâm caùc phaàn töû lyù töôûng nhieàu cöïc nhö: caùc phaàn töû nguoàn phuï thuoäc, phaàn töû coù Z hoã caûm, maùy bieán aùp lyù töôûng… 1.1.5.5: Phaàn töû thöïc: Moät phaàn töû thöïc cuûa maïch ñieän coù theå ñöôïc moâ hình gaàn ñuùng bôûi moät hay taäp hôïp nhieàu phaàn töû maïch lyù töôûng ñöôïc gheùp noái vôùi nhau theo moät caùch naøo ñoù ñeå moâ taû gaàn ñuùng hoaït ñoäng cuûa phaàn töû thöïc teá. Hình laø moâ hình cuûa caùc phaàn töû thöïc ñieän trôû, tuï ñieän, cuoän daây. Caùc phaàn töû lyù töôûng ñieän caûm L, ñieän dung C, ñieän trôû R theo thöù töï phaûn aùnh quaù trình ñieän töø cô baûn xaûy ra trong cuoän daây, tuï ñieän, ñieän trôû thöïc. Ngoaøi ra trong caùc ñieàu kieän cuï theå phaûi löu yù ñeán caùc quaù trình phuï xaûy ra trong phaàn töû thöïc baèng caùch boå sung theâm vaøo caùc moâ hình caùc phaàn töû phuï töông öùng . Trong moâ hình cuoän daây, ngoaøi phaàn töû ñieän caûm L ñaëc tröng cho quaù trình cô baûn trong cuoän daây laø quaù trình tích phoùng naêng löôïng tröôøng töø, trong nhieàu tröôøng hôïp caàn löu yù ñeán caùc ñieän trôû rL phaûn aùnh toån hao naêng löôïng trong cuoän daây vaø trong loõi theùp ôû taàn soá cao coøn phaûi keå ñeán ñieän dung kí sinh giöõa caùc voøng daây. Moâ hình cuûa tuï ñieän trong ña soá tröôøng hôïp goàm 2 phaàn töû ñieän dung C vaø ñieän trôû rC, trong ñoù phaàn töû ñieän dung laø phaàn töû quan troïng nhaát ñaëc tröng cho quaù trình chuû yeáu trong tuï ñieän laø quaù trình tích phoùng naêng löôïng laø tröôøng ñieän, coøn ñieän trôû rC laø tính ñeán toån hao trong ñieän moâi. Neáu taàn soá laøm vieäc raát cao thì phaûi löu yù ñeán ñieän caûm lC cuûa daây noái. Ôû taàn soá cao trong moâ hình cuûa ñieän trôû thöïc cuõng phaûi löu yù ñeán caùc tham soá ñieän caûm Lr vaø ñieän dung Cr maø trong ña soá caùc tröôøng hôïp coù theå boû qua. Moãi phaàn töû maïch lyù töôûng töông öùng vôùi moät caùch bieåu dieãn hình hoïc ví duï: hình 1-7. i R i L C + u - i a) ñieän trôû + u - + u - b) ñieän caûm c) ñieä -- n dung - 8
e j i i + - + u - + u - d) nguoàn aùp H ình 1-7 e) nguoàn doøng Moâ hình cuûa moät phaàn töû thöïc coù theå ñöôïc moâ taû hình hoïc bôûi moät sôû ñoà goàm moät hoaëc nhieàu phaàn töû lyù töôûng gheùp noái vôùi nhau ñöôïc goïi laø sô ñoà thay theá hoaëc sô ñoà töông ñöông cuûa phaàn töû thöïc vaø sô ñoà noái daây cuûa phaàn töû thöïc, ví duï hình 1.2.6 laø sô ñoà thay theá cuûa ñieän trôû, cuoän daây, tuï ñieän. Bôûi vì maïch ñieän thöïc goàm caùc phaàn töû thöïc gheùp noái vôùi nhau theo moät sô ñoà noái daây cuï theå naøo ñoù. 1.1.5. Mô hình mạch điện: (tham khảo) 1.1.5.1. Phần tử điện trở: Ta bieát raèng doøng ñieän laø doøng caùc ñieän tích chuyeån dôøi coù höôùng, khi di chuyeån trong vaät daãn thì caùc ñieän tích seõ va chaïm vôùi caùc phaân töû, nguyeân töû vaø truyeàn bôùt ñoäng naêng cho chuùng. Ñaïi löôïng ñaëc tröng cho möùc ñoä va chaïm ñoù goïi laø ñieän trôû cuûa vaät daãn. Kyù hieäu: R l R  . S Trong ñoù: -  laø ñieän trôû suaát cuûa vaät daãn (mm2/m = 10-6m) - l laø chieàu daøi (m) - S laø tieát dieän (mm2) Vaäy: Ñieän trôû cuûa vaät daãn tyû leä thuaän vôùi chieàu daøi, tyû leä nghòch vôùi tieát dieän vaø phuï thuoäc vaøo vaät lieäu laøm neân vaät daãn ñoù. Ñôn vò: (OÂm) Caùc öôùc soá vaø boäi soá cuûa  laø: m, , M, K. 1 = 10-6M 1 = 10-3K 1 = 103m 1 = 106 * Nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû goïi laø ñieän daãn: g 9
1 1 S S g  .  . R  l l Trong ñoù: -  laø ñieän daãn suaát (Sm/mm2),  = 1/ Ñieän daãn suaát phuï thuoäc vaøo baûn chaát daãn ñieän cuûa töùng vaät lieäu, ñieän daãn suaát caøng lôùn thì vaät ñaãn ñieän caøng toát. Ñôn vò: S (Simen) (1S = 1/) 1.1.5.2. Phần tử ñieän caûm: - Khi doøng ñieän qua moät cuoän daây bieán thieân thì töø thoâng moùc voøng ( ) cuûa cuoän daây cuõng thay ñoåi, nhöng tyû soá /I luoân laø haèng soá, ñöôïc goïi laø heä soá töï caûm hay ñieän caûm cuûa cuoän daây. Kyù hieäu: L  L I Trong ñoù: - I laø doøng ñieän chaïy qua cuoän daây (A) -  laø töø thoâng moùc voøng cuûa cuoän daây(Wb) Ñôn vò: H (Henry) Caùc öôùc soá cuûa H laø: mH, H 1H = 103mH 1H = 106H - Ñieän caûm laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho khaû naêng luyeän töø cuûa cuoän daây (trao ñoåi vaø tích luõy naêng löôïng töø tröôøng cuûa cuoän daây). 1.1.5.3. Phần tử ñieän dung: Ta bieát raèng ñieän theá luoân luoân tyû leä vôùi ñieän tích gaây ra ñieän tröôøng. Khi ñieän tích cuûa vaät daãn nhieãm ñieän taêng leân thì ñieän theá cuûa vaät cuõng taêng theo, nhöng tyû soá giöõa ñieän tích vaø ñieän theá cuûa vaät seõ luoân laø haèng soá. Tyû soá naøy ñaëc tröng cho khaû naêng tích ñieän cuûa vaät goïi laø ñieän dung cuûa vaät daãn. Vaäy: Ñieän dung cuûa vaät daãn laø ñaïi löôïng ñöôïc ño baèng tyû soá giöõa ñieän tích cuûa vaät daãn vaø ñieän theá cuûa noù, laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho khaû naêng tích ñieän cuûa vaät daãn. Kyù hieäu: C q C  Trong ñoù: - q laø ñieän tích cuûa vaät daãn ( C) -  laø ñieän theá cuûa vaät daãn (V) 10
- C laø ñieän dung cuûa vaät daãn Ñôn vò: F (Fara) Caùc öôùc soá cuûa F laø: F, nF, pF 1F = 106F 1F = 109nF 1F = 1012pF 1.1.5.4. Phaàn töû nguoàn: Bao gåm tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ®Ó biÕn ®æi c¸c d¹ng n¨ng l-îng kh¸c nhau nh-: C¬ n¨ng, ho¸ n¨ng, nhiÖt n¨ng, thuû n¨ng... thµnh ®iÖn n¨ng. VÝ dô : + Pin, ¾c quy: BiÕn ®æi ho¸ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng. + M¸y ph¸t ®iÖn: BiÕn ®æi c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng. + Pin mÆt trêi biÕn ®æi n¨ng l-îng bøc x¹ cña mÆt trêi thµnh ®iÖn n¨ng ... KÝ hiÖu: E, e Ñôn vò : V (Voân). Caùc öôùc soá vaø boäi soá cuûa V laø: V, mV, KV, MV. 1 V = 10-6V 1mV = 10-3V 1KV = 103V 1MV = 106V 1.2. CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN TRONG MAÏCH ÑIEÄN: 1.2.1. Doøng ñieän vaø chieàu quy öôùc cuûa doøng ñieän. * Khaùi nieäm. Trong vaät daãn (kim loaïi hay dung dòch ñieän ly), caùc phaàn töû ñieän tích (ñieän töû töï do, ion +, ion -) chuyeån ñoäng vì nhieät theo moïi höôùng vaø soá phaàn töû trung bình qua moãi ñôn vò tieát dieän thaúng cuûa vaät daãn baèng 0. Khi ñaët vaät daãn trong ñieän tröôøng, döôùi taùc duïng cuûa löïc ñieän tröôøng seõ laøm cho caùc ñieän tích chuyeån dôøi thaønh doøng, caùc ñieän tích +q seõ chuyeån dòch töø nôi coù ñieän theá cao ñeán nôi coù ñieän theá thaáp, coøn caùc ñieän tích –q dòch chuyeån ngöôïc laïi, taïo thaønh doøng ñieän. Vaäy: Doøng ñieän laø doøng chuyeån dôøi coù höôùng cuûa caùc ñieän tích döôùi taùc duïng cuûa löïc ñieän tröôøng. * Chieàu doøng ñieän: Qui öôùc chieàu doøng ñieän truøng chieàu dòch chuyeån cuûa ñieän tích (+). Nghóa laø ôû maïch ngoaøi, doøng ñieän ñi töø nôi ñieän theá cao ñeán nôi ñieän theá thaáp. * Ñieàu kieän ñeå coù doøng ñieän: 11
Hai ñaàu daây daãn hay vaät daãn phaûi coù moät hieäu ñieän theá ( ñieän aùp). Thieát bò duy trì ñieän aùp laø nguoàn ñieän. Vaäy muoán duy trì doøng ñieän trong vaät daãn thì phaûi noái chuùng vôùi moät nguoàn ñieän (pin, aêc qui, maùy phaùt…) 1.2.2. Cöôøng ñoä doøng ñieän: Ñaïi löôïng ñaëc tröng cho ñoä lôùn cuûa doøng ñieän goïi laø cöôøng ñoä doøng ñieän. - Kí hieäu: I. Cöôøng ñoä doøng ñieän laø löôïng ñieän tích dòch chuyeån qua tieát dieän thaú ng cuûa daây daãn trong moät ñôn vò thôøi gian. q I t Trong ñoù: q: laø ñieän tích qua tieát dieän thaúng (C) t : laø thôøi gian (s) - Ñôn vò: A(Ampe) Caùc öôùc soá vaø boäi soá cuûa A laø: A, mA, KA, MA 1 A = 10-6A 1mA = 10-3A 1KA = 103A 1MA = 106A - Neáu löôïng ñieän tích di chuyeån qua vaät daãn khoâng ñeàu theo thôøi gian q I t seõ taïo ra doøng ñieän coù cöôøng ñoä thay ñoåi(doøng ñieän bieán ñoåi). - Neáu löôïng ñieän tích di chuyeån qua vaät daãn theo moät höôùng nhaát ñònh, vôùi toác ñoä khoâng ñoåi seõ taïo ra doøng ñieän moät chieàu (doøng ñieän moät chieàu). Doøng ñieän moät chieàu laø doøng ñieän coù chieàu vaø trò soá khoâng ñoåi theo thôøi gian. 1.2.3. MËt ®é dßng ®iÖn: Mật độ dòng điện là trị số của dòng điện trên một đơn vị diện tích. - Ký hiệu: J - Đơn vị: A/ mm2 . 1.3. CAÙC PHEÙP BIEÁN ÑOÅI TÖÔNG ÑÖÔNG: 1.3.1. Nguoàn aùp gheùp noái tieáp: - Thöïc hieän khi caàn taêng ñieän aùp cung caáp cho taûi. - Giaû söû coù n nguoàn gioáng nhau (E, r0), gheùp noái tieáp seõ ñöôïc boä nguoàn (Hình 1 – 8.a): 12
Eboä = n.E vaø r0boä = n. r0 +E- + - +- +- … + - E .. + - + U - A B + - U a A b B Hình 1 - 8 1.3.2. Nguoàn doøng gheùp song song: - Thöïc hieän khi caàn taêng doøng ñieän cung caáp cho taûi. Giaû söû coù n nguoàn gioáng nhau (E, r0), gheùp song song seõ ñöôïc boä nguoàn (Hình 1 –9) r0 Eboä = E vaø r0boä = n 1.3.3. Ñieän trôû gheùp noái tieáp, song song: 1.3.3.1. Gheùp noái tieáp (gheùp khoâng phaân nhaùnh) Laø caùch gheùp sao cho chæ coù moät doøng ñieän duy nhaát chaïy qua caùc phaàn töû (Hình 1– 10.a). R1 I R2 I … R1 R2 .. Rn + U - Rn + - a) A U B b Hình 1 – 10 - Doøng ñieän:) I = I1 = I2 = … = In - Ñieän aùp: U = U1 + U2 + … + Un - Ñieän trôû: R = R1 + R2 + … + Rn 1.3.3.2. Gheùp song song (gheùp phaân nhaùnh) 13
Laø caùch gheùp sao cho taát caû caùc phaàn töû ñeàu ñaët vaøo cuøng moät ñieän aùp (Hình 1 – 10.b). - Ñieän aùp: U = U1 = U2 = … = Un - Doøng ñieän: I = I1 + I2 + … + In - Ñieän trôû: 1 1 1 1 n 1     R R1 R2 Rn i 1 Ri * Baøi taäp: Coù ba nguoàn ñieän coù E = 1.5 V, ro = 1, khi naøo caàn gheùp noái tieáp caùc nguoàn ñieän? Khi naøo caàn gheùp song song caùc nguoàn ñieän? Haõy tính nguoàn toång trong caùc tröôøng hôïp? * Ngoaøi ra coøn ñaáu hoãn hôïp caùc ñieän trôû. - Laø keát hôïp giöõa ñaáu noái tieáp vaø ñaáu song song. Ví duï: Coù ba ñieän trôû R1, R2, R3, thöïc hieän ñaáu hoãn hôïp nhö Hình 1 – 11.a R2 R1 R3 a) R1 R23 b) Hình 1 - 11 * Caùch giaûi: + Ñöa maïch ñieän phaân nhaùnh veà maïch ñieän khoâng phaân nhaùnh baèng caùch thay caùc nhaùnh song song baèng moät nhaùnh coù ñieän trôû töông ñöông ( Hình 1- 11.b). + Aùp duïng ñònh luaät OÂm cho maïch khoâng phaân nhaùnh ñeå tìm doøng ñieän maïch chính. + Tìm doøng ñieän caùc nhaùnh. 1.3.4. Bieán ñoåi sao – tam giaùc ( - ) - Ñaáu sao (): laø caùch ñaáu 3 ñieän trôû coù moät ñaàu ñaáu chung, 3 ñaàu coøn laïi ñaáu vôùi 3 ñieåm khaùc cuûa maïch (Hình 1 – 12.a). 14
A A RA RCA RAB C B RC RB RBC C B a b Hình 1-12 Hình 1 - 14 - Ñaáu tam giaùc (): laø caùch ñaáu 3 ñieän trôû thaønh moät tam giaùc kín, moãi caïnh tam giaùc laø moät ñieän trôû, moãi ñænh tam giaùc laø moät nuùt cuûa maïch ñieän ñöôïc noái tôùi caùc nhaùnh khaùc cuûa maïch ñieän (Hình 1 – 12.b). Trong nhieàu tröôøng hôïp vieäc thay ñoåi 3 ñieän trôû ñaáu hình tam giaùc thaønh 3 ñieän trôû ñaáu hình sao töông ñöông hoaëc ngöôïc laïi seõ laøm cho vieäc phaân tích maïch ñieän ñöôïc deã daøng hôn. Ñieàu kieän ñeå bieán ñoåi laø khoâng laøm thay ñoåi doøng ñieän, ñieän aùp cuûa caùc phaàn maïch ñieän coøn laïi. 1.3.4.1 Bieán ñoåi sao – tam giaùc ( - ). - Coâng thöùc bieán ñoåi töø hình sao sang hình tam giaùc: R .R R AB  R A  RB  A B RC R B . RC RBC  RB  RC  RA RC .R A RCA  RC  R A  RB 1.3.4.2. Bieán ñoåi sao – tam giaùc ( - Y) - Coâng thöùc bieán ñoåi töø hình tam giaùc sang hình sao: R AB .R CA RA  R AB  R BC  R CA R BC .R AB RB  R AB  R BC  R CA R CA .R BC RC  R AB  R BC  R CA 15
*Tröôøng hôïp caùc ñieän trôû baèng nhau: RY = RB = RC = RA; R = RBC = RCA = RAB - Ñoái vôùi maïch chuyeån ñoåi töø sao sang tam giaùc ta coù: R = 3 RY R R  B 3 R4 - Ñoái vôùi maïch chuyeån ñoåi töø tam giaùc R1 sang sao ta coù: R3 C A * Baøi taäp: Cho maïch ñieän nhö hình veõ: R5 R2 Hình 1-13 Hình 1 - 13 D Bieát E = 4,4 V, R2 = 60, R3 = 120, R4 = 8, E R5 = 44 I Xaùc ñònh doøng ñieän trong nhaùnh chÝnh I = ? Giaûi: - Thay moät tam giaùc naøo ñoù giaû söû tam giaùc ABD goàm 3 ñieän trôû R1, R2, R3 thaønh 3 ñieän trôû ñaáu sao laø: RA, RB, RD ta coù: - Ñieän trôû töông ñöông cuûa ñoïan CO laø: RCO = (R4 nt RB) // (R5 nt RD) R4  RB R5  RD  8  12 44  36 .  RCO    16 R4  R5  R B  R D 8  44  12  36  6  R1.R2 20.60 RA   R1  R2  R3 20  60  120 R1 .R3  12 20.120 RB   R1  R2  R3 20  60  120 R2 .R3 60.120 RC    36    R1  R2  R3 20  60  120 - Doøng ñieän chaïy trong maïch chính laø:  0,2  E 4,4 I  RCO  R A 16  6 1.3.5. BiÕn ®æi t-¬ng ®-¬ng gi÷a nguån ¸p vµ nguån dßng i i Hình 1-14 u u j e i 16 (a) (b)
Nguoàn söùc ñieän ñoäng maéc noái tieáp vôùi ñieän trôû seõ töông ñöông vôùi nguoàn ñoøng maéc song song vôùi ñieän trôû ñoù vaø ngöôïc laïi. Hình 1 - 14a coù quan heä u vaø I nhö sau: U= e-ri Hình 1- 14b ta coù: j = i+ i1 BAØI TAÄP CHÖÔNG 1 Baøi 1: Cho maïch ñieän coù ñieän aùp nguoàn laø U = 218V cung caáp cho taûi coù doøng ñieän chaïy qua laø I = 2,75A, trong thôøi gian 3 giôø. Bieát giaù tieàn ñieän laø 500ñ/1kWh. Tính coâng suaát tieäu thuï cuûa taûi, ñieän naêng tieâu thuï vaø soá tieàn phaûi traû? Baøi 2: Cho maïch ñieän goàm: E = 24V, r0 = 0.3, cung caáp cho phuï taûi ñieän trôû r1 = 23 qua moät ñöôøng daây laøm baèng ñoàng, tieát dieän S = 16mm2, daøi l = 640m, Cho ñieän trôû suaát cuûa ñoàng laø: Cu = 0,0175mm2/m. 1/ Tính ñieän trôû cuûa ñöôøng daây rd vaø doøng ñieän trong maïch? 2/ Tính ñieän aùp treân hai cöïc cuûa nguoàn, cuûa taûi, suït aùp trong nguoàn vaø treân ñöôøng daây? 3/ Tính coâng suaát cuûa nguoàn, coâng suaát taûi, toån thaát coâng suaát treân ñöôøng daây vaø beân trong cuûa nguoàn? Baøi 3: Coù 3 tuï ñieän C1 = 2F, C2 = 4F, C3 = 6F. Haõy xaùc ñònh ñieän dung töông ñöông cuûa ba tuï ñoù trong hai tröôøng hôïp: (HS tù nghiªn cøu tµI liÖu) 1/ Ñaáu noái tieáp caùc tuï? 2/ Ñaáu song song caùc tuï? 17
CHƢƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU BÀI 2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ BIỂU THỨC CƠ BẢN 2.1.1. Định luật Ôm: 2.1.1.1. Ñònh luaät OÂm cho ñoaïn maïch Neáu ñaët vaøo hai ñaàu ñoaïn maïch AB moät hieäu ñieän theá U, coù doøng ñieän chaïy qua ñoaïn maïch (Hình 2 – 1). A R I B A U Hình 2 - 1 Noäi dung ñònh luaät: Cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy qua ñoaïn maïch tyû leä thuaän vôùi hieäu ñieän theá giöõa hai ñaàu ñoaïn maïch vaø tyû leä nghòch vôùi ñieän trôû cuûa ñoaïn maïch ñoù. U I R 2.1.1.2. Ñònh luaät OÂm cho toaøn maïch: * Xeùt maïch ñieän nhö hình veõ(Hình 2 – 2). Goàm moät nguoàn ñieän coù söùc ñieän ñoäng E vaø noäi trôû r0 cung caáp cho taûi R qua moät ñöôøng daây coù ñieän trôû laødRd R + E _ I Rt ro Hình 2 – 2 Khi maïch ñieän kín seõ coù doøng ñieän I chaïy trong maïch vaø gaây suït aùp treân caùc phaàn töû cuûa maïch. Aùp duïng ñònh luaät OÂm cho töøng ñoaïn maïch, ta coù: - Ñieän aùp ñaët vaøo phuï taûi: U = I.Rt - Ñieän aùp ñaët vaøo ñöôøng daây: Ud = I.Rd - Ñieän aùp ñaët vaøo noäi trôû: U0 = I.r0 Söùc ñieän ñoäng nguoàn baèng toång caùc ñieän aùp treân caùc ñoaïn maïch 18
E = U + Ud + U0 = I.Rt + I.Rd + I.r0 = I.(Rt + Rd + r0) Goïi R = (Rt + Rd + r0) laø toång trôû cuûa toaøn maïch, ta coù: E = I.R E I  R Noäi dung ñònh luaät: Cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy trong maïch kín tyû leä thuaän vôùi söùc ñieän ñoäng cuûa nguoàn vaø tyû leä nghòch vôùi toång trôû toaøn maïch ñieän. Ví duï: Cho maïch ñieän nhö Hình 1 – 6, coù: E = 231V; r0 = 0,1; Rd = 1; Rt = 22. Xaùc ñònh doøng ñieän qua taûi, ñieän aùp treân taûi? Ñieän aùp ñaàu ñöôøng daây? Giaûi Ta coù toång trôû cuûa toaøn maïch laø: R = Rt + Rd + r0 = 22 + 1 + 0,1 = 23.1 ()  10  E 231 I   R 23,1 AÙp duïng ñònh luaät OÂm cho toaøn maïch ta coù doøng ñieän chaïy qua taûi laø: Ñieän aùp treân taûi laø: U = I.R = 10.22 = 220 (V) Ñieän aùp ñaët vaøo ñieän trôû ñöôøng daây laø: Ud = I.Rd = 10.1 = 10 (V) Ñieän aùp ñaàu ñöôøng daây laø: Uññd = U + Ud = 220 + 10 = 230 (V) Coâng suaát vaø ñieän naêng trong maïch moät chieàu 2.1.2.1 Coâng cuûa doøng ñieän Khi ñaët moät hieäu ñieän theá U vaøo hai ñaàu ñoaïn maïch AB, trong maïch R coù doøng ñieän I chaïy qua A (Hình 2 – 3). B I A U Hình 2 - 3 Coâng laøm dòch chuyeãn löôïng ñieän tích q töø A ñeán B ñöôïc tính baèng coâng thöùc sau: A = q.U = U.I.t Trong ñoù: - q laø löôïng ñieän tích dòch chuyeån (C) - I laø cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy trong ñoaïn maïch (A) - U laø hieäu ñieän theá giöõa ñaàu ñoaïn maïch (V) - t laø thôøi gian doøng ñieän chaïy trong ñoaïn maïch(s) 19
Vaäy: Coâng cuûa doøng ñieän sinh ra trong ñoaïn maïch baèng tích cuûa hieäu ñieän theá giöõa hai ñaàu ñoaïn maïch vôùi cöôøng ñoä doøng ñieän vaø thôøi gian doøng ñieän chaïy qua ñoaïn maïch. Ñôn vò: J(Jun) hoaëc Cal(Calo) 1J = 0,24 Cal 2.1.2.2 Coâng suaát cuûa doøng ñieän Coâng suaát cuûa doøng ñieän laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho toác ñoä sinh coâng cuûa doøng ñieän, coù ñoä lôùn baèng coâng cuûa doøng ñieän sinh ra trong moät giaây. Kyù hieäu: P A P  U .I t Trong ñoù: - U laø hieäu ñieän theá (V) - I laø cöôøng ñoä doøng ñieän (A) Ñôn vò: W(Oaùt) Boäi soá cuûa W laø: KW, MW. 1KW = 103 W 1MW = 106W 2.1.2.3 Ñieän naêng trong maïch ñieän moät chieàu Điện năng laø coâng suaát maïch ñieän tieâu thuï trong moät ñôn vò thôøi gian A = P.t ( KW/ h ) 2.1.3 Ñònh luaät Joule – Lentz: 2.1.3.1 Ñònh luaät: Khi coù doøng ñieän chaïy qua vaät daãn, caùc ñieän tích seõ va chaïm vôùi caùc nguyeân töû, phaân töû vaø truyeàn bôùt ñoäng naêng cho chuùng, laøm taêng möùc chuyeån ñoäng nhieät cuûa caùc nguyeân töû, phaân töû. Keát quaû vaät daãn bò doøng ñieän ñoát noùng ñoù laø taùc duïng phaùt nhieät cuûa doøng ñieän. - Nhieät löôïng toûa ra treân vaät daãn khi coù doøng ñieän chaïy qua: Q = I2.R.t (J) = 0.24 I2.R.t (Cal) Bieåu thöùc naøy do nhaø baùc hoïc Jun ngöôøi Anh vaø nhaø baùc hoïc Lenxô ngöôøi Phaùp xaùc laäp. Noäi dung ñònh luaät: Nhieät löôïng toûa ra töø moät vaät daãn khi coù doøng ñieän chaïy qua tyû leä thuaän vôùi bình phöông cöôøng ñoä doøng ñieän, vôùi ñieän trôû vaät daãn vaø thôøi gian doøng ñieän chaïy qua. 2.1.3.2 ÖÙng duïng: 20