Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề: Xây dựng - Trình độ: Cao đẳng/Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Điện kỹ thuật (Nghề: Xây dựng - Trình độ: Cao đẳng/Trung cấp)" được biên soạn với mục tiêu trang bị cho người học những kiến thức cơ bản về mạch điện một chiều, xoay chiều và các loại máy điện; giúp người học hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các dụng cụ đo lường điện và các loại máy điện;...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề: Xây dựng - Trình độ: Cao đẳng/Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

1
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Điện kỹ thuật Mã số môn học: MH 09 Thời gian môn học: 30 giờ; (lý thuyết: 20 giờ; thực hành: 8 giờ, kiểm tra 2 giờ) I.VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔN HỌC: - Vị trí môn hoc: Môn Điện k ỹ thuật là một trong các kỹ thuật cơ sở, được bố trí học trước các môn học/mô đun chuyên môn nghề. - Tính chất môn học: Môn Điện kỹ thuật là môn cơ sở hỗ trợ kiến thức cho các môn khác, đồng thời giúp cho học viên có điều kiện tự học, nâng cao kiến thức nghề nghiệp. II. MỤC TIÊU MÔN HỌC Trang bị cho người học những kiến thức cơ bản về mạch điện một chiều, xoay chiều và các loại máy điện. Giúp cho người học hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các dụng cụ đo lường điện và các loại máy điện. Về kiến thức: Nêu được các kiến thức và phân tích được một số sơ đồ mạch điện cơ bản; Nêu được trình tự các bước đo, kiểm tra bằng dụng cụ đo đảm bảo an toàn. Về kỹ năng Sử dụng các loại dụng cụ đo, tiến hành đo và kiểm tra các mạch điện cơ bản, các máy điện hoặc động cơ điện. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, tỷ mỷ khi phân tích và sử dụng các dụng cụ kiểm tra, đo mạch điện. III. NỘI DUNG MÔN HỌC CHƯƠNG 1 2
MẠCH ĐIỆN Giới thiệu: Mạch điện rất thông dụng trong đời sống cũng như chuyên ngành kỹ thuật xây dựng, là cơ sở để tiếp cận tính toán, thiết kế các mạch điện mở máy điện xoay chiều động cơ công suất lớn. Mục tiêu: + Trình bày được khái niệm mạch điện và các thông số cơ bản của mạch là điện áp, dòng điện…. + Mô hình hóa được mạch điện bằng các phần tử mạch. + Giải được các bài toán cơ bản của mạch điện. + Trình bày được nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin + Vẽ được giản đồ véctơ của các đại lượng dòng điện, điện áp, sức điện động và các đại lượng công suất trong mạch. + Vận dụng được để tính toán các đại lượng như giá trị hiệu dụng dòng điện, điện áp, sức điện động và các đại lượng công suất trong mạch. + Phân tích được một số bài tóan mạch R-L-C nối tiếp. + Tính được các bài toán nâng cao hệ số công suất cosφ. + Trình bày chính xác khái niệm mạch ba pha, phương pháp tạo nguồn 3 pha. + Mô tả chính xác các đại lượng hình sin ba pha trên đồ thị hình sin, đồ thị vectơ. + Phân tích được mối quan hệ giữa các đại lượng điện áp, dòng điện pha, dây trong mạch ba pha hình sao, hình tam giác. + Chứng minh được các công thức xác định công suất trong mạch ba pha để giải các bài toán mang tính ứng dụng. + Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: 1. Mạch điện một chiều 1.1. Những khái niệm cơ bản Định nghĩa mạch điện Mạch điện có 2 phần tử chính đó là nguồn điện và phụ tải. Nguồn điện: là các thiết bị điện dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác sang điện năng, ví dụ như pin, ắc qui (năng lượng hóa học), máy phát điện (năng lượng cơ học)… Phụ tải: là thiết bị điện biến điện năng thành các dạng năng lượng khác. Trên sơ đồ chúng thường được biểu thị bằng một điện trở R. Dây dẫn: là dây kim loại dùng để nối từ nguồn đến phụ tải. Các phần tử cơ bản của mạch điện Mạch điện gồm hai phần tử chính là nguồn điện dùng để biến các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng... thành điện năng, và tải dùng để biến điện năng thành 3
cơ năng (động cơ điện), nhiệt năng (bếp điện), hóa năng (acquy khi nạp điện)....Ngoài ra còn các phần tử trung gian giữa nguồn và tải như đường dây dẫn điện, máy biến áp, bộ chỉnh lưu... Kết cấu mạch điện Các phần tử trên nối với nhau và đưa đến các khái niệm sau: Nhánh là một đường duy nhất gồm một hay nhiều phần tử ghép nối tiếp có cùng một dòng điện. Nút là điểm nối của từ ba nhánh trở lên. Vòng là tập hợp nhiều nhánh tạo thành một đường kín và chỉ đi qua mỗi nút một lần. Mắt lưới là vòng mà bên trong không có vòng nào khác. Mô hình mạch điện và phân loại, các chế độ làm việc của mạch điện Mạch điện thực bao gồm nhiều thiết bị điện có thực. Khi nghiên cứu tính toán trên mạch điện thực, ta phải thay thế mạch điện thực bằng mô hình mạch điện. Mô hình mạch điện gồm các thông số sau: nguồn điện áp u (t) hoặc e(t), nguồn dòng điện P (t), điện trở R, điện cảm L, điện dung C, hỗ cảm M. Nếu một phần tử tự nó hay khi chịu các tác động không có bản chất điện từ, có khả năng tạo ra điện áp hay dòng điện ở một điểm nào đó của mạch điện thì nó được gọi là một nguồn sức điện động (sđđ). Hai thông số đặc trưng cho một nguồn sđđ là : Giá trị điện áp giữa hai đầu lúc hở mạch (khi không nối với bất kì một phần tử nào khác từ ngoài đến hai đầu của nó) gọi là điện áp lúc hở mạch của nguồn kí hiệu là Uhm. Giá trị dòng điện của nguồn đưa ra mạch ngoài lúc mạch ngoài dẫn điện hoàn toàn: gọi là giá trị dòng điện ngắn mạch của nguồn kí hiệu là Ingm . Một nguồn s.đ.đ được coi là lý tưởng nếu điện áp hay dòng điện do nó cung cấp cho mạch ngoài không phụ thuộc vào tính chất của mạch ngoài (mạch tải). Trên thực tế, với những tải có giá trị khác nhau, điện áp trên hai đầu nguồn hay dòng điện do nó cung cấp có giá trị khác nhau và phụ thuộc vào tải. Điều đó chứng tỏ bên trong nguồn có xảy ra quá trình biến đổi dòng điện cung cấp thành giảm áp trên chính nó, nghĩa là tồn tại giá trị điện trở bên trong gọi là điện trở trong của nguồn kí hiệu là Rng. Nguồn áp lý tưởng (còn gọi là nguồn “độc lập”) 4
Hình 1.1 Biểu diễn nguồn áp xoay chiều Nguồn áp lý tưởng có khả năng duy trì một điện áp u giữa hai đầu độc lập với dòng điện hay còn gọi là nguồn “độc lập” qua nguồn .Ta có: u A − uB = u = e (1.1) Nguồn dòng lý tưởng Nguồn dòng lý tưởng có khả năng duy trì một dòng điện chạy qua một nhánh độc lập với điện áp hai đầu nhánh đó (hình 1.2). Ta có: j( t) = i( t) (1.2) Hình 1.2 Biểu diễn nguồn dòng I: là giá trị của nguồn dòng hay còn gọi là cường độ dòng điện, đơn vị Ampe (A) Điện trở Hình 1.3 Biểu diễn điện trở kiểu Mỹ và của EU Điện trở thỏa quan hệ dòng – áp (định luật Ôm): u = R.i (1.3) Đơn vị R là Ω. Nghịch đảo G của R là điện dẫn, đơn vị (Ʊ); hoặc Siemems (S) 5
1 i G= = (1.4) R u Công suất tiêu thụ bởi điện trở là: i2 u2 p = u.i = R.i = G.u = = 2 2 (1.5) G R Cuộn cảm Hình 1.4 Biểu diễn cuộn cảm Cuộn cảm Hình 1.4 thỏa mãn quan hệ dòng – áp: di u = L. (1.6) dt L là điện cảm, đơn vị Henry (H). Từ (1.9) có thể tính i theo u như sau: * Tổng quát: 1 i( t) = . u ( t ) dt + a (1.7) L * Nếu biết i(t0) lúc t=t0: t i ( t ) = u ( t ) dt + i ( t0 ) (1.8) t0 * Nếu lúc t = − chưa có dòng qua cuộn cảm: t 1 i ( t ) = . u ( t ) dt (1.9) L− Theo (1.4), năng lượng tích trữ trong từ trường của cuộn cảm từ t0 đến t là: t t di 1 ωL ( t ) − ωL ( t0 ) = L i. .dt =L i.di = .L i 2 ( t ) − i 2 ( t0 ) t0 dt t0 2 Nếu chọn ω L ( t0 ) = 0 ứng với i ( t0 ) = 0 thì: 6
1 ωL ( t ) = Li 2 ( t ) (1.10) 2 Tụ điện Hình 1.5 Biểu diễn tụ điện Tụ điện Hình 1.5 thỏa quan hệ dòng áp: du i = C. (1.11) dt C là điện dung, đơn vị Fara (F). Từ (1.11) có thể tính u theo i như sau: * Tổng quát: 1 u( t) = i ( t ) dt + b (1.12) C * Nếu biết u ( t0 ) tại t = t0: t 1 u( t) = i ( t ) dt + u ( t0 ) (1.13) C t0 * Nếu lúc t = − chưa có áp hai đầu cuộn cảm: t 1 u( t) = i ( t ) dt (1.14) C− Năng lượng tích trữ trong điện trường tụ điện từ t0 đến t là: t u( t ) du 1 ωC ( t ) − ωC ( t0 ) = C u dt =C udu = C u 2 ( t ) − u 2 ( t0 ) t0 dt u ( t0 ) 2 Nếu chọn ωC ( t0 ) = 0 ứng với u ( t0 ) = 0 thì: 1 ωC ( t ) = Cu 2 ( t ) (1.15) 2 1.2. Những định luật cơ bản của mạch điện Định luật Ohm Định luật Ohm cho đoạn mạch. Xét nhánh thuần điện trở 7
Biểu thức tính điện áp trên điện trở: U=RI (V) Biểu thức tính dòng điện qua điện trở: Hình 1.6 Giảm áp qua điện trở U I= (A) R R tính bằng Ω Nhánh có sức điện động E và điện trở R Xét nhánh có E, R Hình 1.7 Giảm áp qua đoạn mạch U = U AB = U1 + U 2 + U 3 + U 4 = R1I − E1 + R2 I + E2 (1.16) = ( R1 + R2 ) I − ( E1 − E2 ) U = ( R) I − E Trong biểu thức trên ta quy ước dấu như sau: Sức điện đông E và dòng điện I có chiều trùng với chiều điện áp U sẽ lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm. Biểu thức tính dòng điện: U AB + E I= (1.17) R Trong biểu thức trên ta quy ước dấu như sau: Sức điện động E và điện áp U có chiều trùng với chiều dòng điện I sẽ lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm. Với dòng điện nếu chưa biết chiều dòng điện thì ta chọn một chiều nào đó cho I, sau đó dựa vào kết quả để nhận xét I > 0 nếu dòng điện cùng chiều chọn (từ A đến B). I < 0 nếu dòng điện ngược chiều chọn. 3.2. Định luật Ohm cho toàn mạch. 8
Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. Hình 1.8 Mạch điện kín E I= (1.18) r+R Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nối 2 cực của một nguồn điện chỉ bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ. Khi đoản mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ lớn và có thể gây ra nhiều tác hại. Định luật ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. 4. Định luật Kirchhoff (Kiếc chốp). 4.1. Định luật Kirchhoff 1 * Tổng đại số các dòng điện đến một nút bằng không. i den nut = 0 (1.19) * Trên Hình 1.9, chiều các mũi tên là chiều giả thiết: i1, i2, i3, i4, có thể dương hoặc âm. Theo định luật Kiêc khôp về dòng điện ta có: i1 + i2 + ( −i3 ) + ( −i4 ) = 0 (1.20) * Nếu viết: ( −i1 ) +( −i2 ) +i3 + i4 = 0 , ta có cách phát biểu thứ hai của định luật Kiêc khôp về dòng điện: i roi nut = 0 (1.21) I2 I4 I3 I1 9 Hình 1.9 Minh họa định luật về nút
* Nếu viết: i1 + i2 = i3 + i4 , ta có: i den nut = i roi nut (1.22) 4.2. Định luật Kirchhoff 2 * Tổng đại số các điện áp dọc theo một vòng bằng không: u doctheovong = 0 (1.23) trong đó tất cả điện áp có cùng chiều giả thiết dọc theo vòng - u2 + + + u1 u3 - - - u4 + Hình 1.10 Minh họa định luật áp Trên Hình 1.10, các dấu + là đầu dương giả thiết tùy ý chọn: u 1, u2, u3, u4 có thể dương hoặc âm. * Nếu chọn chiều chạy là ABCDA (cùng chiều kim đồng hồ), thì theo định luật Kiêc chôp về áp ta có: −u1 − u2 + u3 + u4 = 0 (1.24) * Nếu chọn chiều chạy (dương) là chiều ADCBA (ngược chiều kim đồng hồ), thì theo định luật Kiêc chôp về áp ta có: u1 + u2 − u3 − u4 = 0 (1.25) 1.3. Công, công suất và tác dụng nhiệt của dòng điện Công Công của lực điện Công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong điện trường đều từ M đến N là AMN = qEd, không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi. Công suất 10
Công suất P là đại lượng đặc trưng cho khả năng thu và phát năng lượng điện trường của đòng điện. Công suất được định nghĩa là tích số của dòng điện và điện áp: Nếu dòng điện và điện áp cùng chiều thì dòng điện sinh công dương P > 0 (phần tử đó hấp thụ năng lượng). Nếu dòng điện và điện áp ngược chiều thì dòng điện sinh công âm P < 0 (phần tử đó phát năng lượng). Đơn vị công suất là watt (W). Đối với mạch điện xoay chiều, công thức tính công suất tác dụng như sau: P = U.I.cosφ (1.26) Trong đó: U: là điện áp hiệu dụng . I: là dòng điện hiệu dụng cosφ là hệ số công suất, với φ = φu - φi (với φu là góc pha đầu của điện áp và φi là góc pha đầu của dòng điện). Tác dụng nhiệt của dòng điện Khi có dòng điện chạy trong vật dẫn có điện trở R trong khoảng thời gian t, nhiệt tỏa ra sẽ có biểu thức: Q = R.I 2 .t (1.27) 1.4. Giải mạch điện 1 chiều. E,r VÍ DỤ 1: Cho mạch điện (hình vẽ). Mỗi nguồn có E =6V, r = 1Ω, R1 = R2 = R3 = R1 2Ω. R3 a. Tính suất điện động và điện trở trong của R2 bộ nguồn. Hình 1.11 Giải mạch điện bằng định luật Ôm b. Tính cường độ dòng điện qua mạch ngoài. HƯỚNG DẪN a. Eb =E1+E2+E3= 18 V. rb=nr = 3 Ω R1.R2 b. Tính được : R1, 2 = 1Ω, Ta có. RN = + R3 = 3Ω R1 + R2 E Áp dụng định luât ôm cho toàn mạch . I = =3A RN + r Cách giải bải toán về mạch điện dựa trên các định luật của KIRCHHOFF 11
Bước 1: Nếu chưa biết chiều của dòng điện trong một đoạn mạch không phân nhánh nào đó, ta giả thiết dòng điện trên nhánh đó chạy theo một chièu tùy ý nào đó. Nếu chưa biết các cực của nguồn điện mắc vào đoạn mạch, ta giả thiết vị trí các cực đó. Bước 2: Nếu có n ẩn số (các đại lượng cần tìm) cần lập n phương trình trên các định luật Kiêc chốp. Với mạch có x nút mạng, ta áp dụng định luật Kiêcxốp I để lập (x – 1) phương trình độc lập. Số n-(x-1) phương trình còn lại sẽ được lập bằng cách áp dụng định luật Kiêc- chốp II cho các mắt mạng. Để lập phương trình cho mắt mạng, trước hết phải chọn chiều dương mắt mạng một cách tùy ý. Bước 3: Giải hệ phương trình đã lập được tìm các giá trị cần tìm. Bước 4: Biện luận. Nếu cường độ dòng điện ở trên một đoạn mạch nào đó được tính ra giá trị dương thì chiều của dòng điện như giả định (bước 1) đúng như chiều thực của dòng diện trong đoạn mạch đó; còn nếu cường độ dòng điện được tính ra có giá trị âm thì chiều dòng điện thực ngược với chiều đã giả định và ta chỉ cần đổi chiều dòng điện đã vẽ ở đoạn mạch đó trên sơ đồ. Nếu suất điện động của nguồn điện chưa biết trên một đoạn mạch tính được có giá trị dương thì vị trí giả định của các cực của nó (bước 1) là phù hợp với thực tế; còn nếu suất điện động có giá trị âm thì phải đổi lại vị trí các cực của nguồn. Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ. E1= 15V, R1=5Ω, E2= 9V, R2=4Ω, E3= 6V, R3=3Ω, E4= E5=E6=3V, R4=R5=R6=2Ω, Tính: a. Dòng điện qua điện trở R1, R2, R3. b.UAB, UAC. R2 I2 E2 E3 I3 R3 A E1 R 5 a R b R1 4 E5 I1 E4 R6 E6 C B 12 Hình 1.12 Giải mạch điện bằng định luật Kiếc chốp
HƯỚNG DẪN a. Định luật Kiếc chốp 1 I1 + I 2 − I 3 = 0 ( 1) Định luật Kiếc chốp 2 Vòng a E2 + E5 − E1 = − I1 R1 + I 2 R2 + I 2 R5 + I 2 R6 5 I1 − 8 I 2 = 3 ( 2) Vòng b E1 + E3 − E4 − E6 = I1R1 + I 3 R3 + I 3 R4 I1 + I 3 = 3 ( 3) Từ (1), (2) và (3) ta có: 9 3 12 I1 = ( A) , I 2 = ( A) , I 3 = ( A) 7 7 7 b. Tính UAB, UAC U AB = E1 − I1R1 9 60 U AB = 15 − 5= 8,6 ( V ) 7 7 U AC = E2 + E5 − I 2 ( R2 + R5 ) 3 66 U AC = 9 + 3 − ( 4 + 2) = 9,4 ( V ) 7 7 6. Bài tập chương 1 Bài 1.1 Cho biết hình 1.11 có bao nhiêu nhánh, bao nhiêu nút và bao nhiêu mạch vòng? Hãy nêu ra các nhánh gồm những phần tử nào? Các vòng qua các nhánh nào và các nút là điểm gặp nhau của các nhánh nào? Bài 1.2 Cho mạch điện như hình vẽ: 13
Dùng định luật Ôm và Kiêckhôp 1 tính I và UAB. Bài 1.3 Cho mạch điện như hình vẽ: Dùng định luật Ôm và Kiêckhôp tính I1 , I2 và u. Bài 1.4 Cho mạch điện như hình vẽ: Dùng định luật Ôm và Kiêckhôp tính I và u. Bài 1.5 Cho mạch điện như hình vẽ: 14
Viết hệ phương trình vi phân để tính i1, i2. Bài 1.6 Viết hệ phương trình vi phân để tính i1, i2, i3. Bài 1.7 Viết hệ phương trình vi phân để tính u1, u2. 15
2. Mạch điện xoay chiều một pha 2.1. Dòng điện xoay chiều hình sin và các đại lượng đặc trưng cho dòng hình sin Định nghĩa Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian. Dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin theo thời gian được gọi là dòng điện xoay chiều hình sin, được biểu diễn bằng đồ thị hình sin. Nguyên lý tạo ra sức điện động xoay chiều hình sin Từ thông qua khung dây biến thiên sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng trong khung dây theo định luật Len _xơ. Pha – sự lệch pha Góc lệch pha ϕ giữa điện áp và dòng điện Giả sử cho dòng điện i = I max .cos ( ωt + ϕi ) và u = U max .cos ( ωt + ϕu ) Trong đó: U max ,ϕu là biên độ và góc pha của điện áp. I max ,ϕi là biên độ và góc pha của dòng điện. Biểu diễn góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện. Góc lệch pha ϕ giữa điện áp và dòng điện ϕ = ( ω t + ϕ u ) − ( ωt + ϕ i ) = ϕ u − ϕ i Góc ϕ phụ thuộc thông số của mạch. Khi: ϕ > 0 điện áp vượt trước dòng điện; ϕ < 0 điện áp chậm sau dòng điện u u u, i , i = ( 2k +0 ) π điện áp ngược pha với dòng điện u ϕ = 0 điện áp trùng pha dòng điện; ϕ i 1 i 0 16 ϕ>0 ϕ
u u , u , u i i i i 0 0 ϕ=0 φ=π Hình 1.13 Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện Trị số hiệu dụng của đại lượng hình sin Trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là giá trị tương đương của dòng điện một chiều khi chúng đi qua cùng một điện trở trong thời gian một chu kỳ thì toả ra cùng một năng lượng dưới dạng nhiệt như nhau. Kí hiệu bằng chữ in hoa: I, U, E … - Trị số hiệu dụng của dòng điện, hiệu điện thế và sức điện động hình sin: I max I= = 0,707 I max 2 U U = max = 0,707U max (1.28) 2 E E = max = 0,707 Emax 2 Chú ý: Để phân biệt, cần chú ý các ký hiệu: i, u: Trị số tức thời, kí hiệu chữ thường. I, U: Trị số hiệu dụng, kí hiệu chữ in hoa Imax ,Umax: Trị số cực đại (biên độ). Biểu diễn đại lượng xoay chiều dưới dạng đồ thị. Đồ thị hình sin 17
Cho dòng điện tức thời có biểu thức i = I 0 cos ( ωt ) (A) đồ thị có dạng: Hình 1.14. Đồ thị hình sin Đồ thị vectơ Cho dòng điện tức thời có biểu thức i = I 0 cos ( ωt + ϕ ) (A) ta biểu diễn dòng điện bằng vec tơ sau: i φ φ=0 Hình 1.15. Đồ thị vectơ 2.2. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần trở Mạch xoay chiều chỉ có thành phần điện trở không có điện cảm và điện dung gọi là mạch xoay chiều thuần trở . Ví dụ : mạch của đèn sợi đốt , bếp điện , bàn ủi …… coi là mạch thuần trở . 18
Hình1.16 Điện trở thuần Um U Từ biểu thức I m = chia cả hai vế cho 2 ta có I = R R Định luật: dòng điện hiệu dụng trong mạch thuần trở tỉ lệ với điện áp hiệu dụng và tỉ lệ nghịch với điện trở của mạch. Quan hệ dòng điện – điện áp Giả sử đặt điện áp xoay chiều U vào hai đầu đoạn mạch thuần trở : u = U m sinωt (1) Như vậy trong mạch sẽ xuất hiện dòng điện I . Ở mỗi thời điểm theo định luật Ohm ta có : u Um i = = sin ωt (1.29) R R Um Đặt I m = ta có i = I m sin ωt (1.30) R Công suất Dòng điện xoay chiều đi qua điện trở R sẽ tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt .Công suất trung bình đặc trưng cho sự tiêu hao năng lượng trong mạch xoay chiều nên được gọi là công suất tác dụng . Ký hiệu là P ta có : U2 P = UI = I R =2 R . Đơn vị là oát, kilo óat (W , kW). 2.3. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần cảm Mạch xoay chiều có cuộn dây có hệ số từ cảm L khá lớn và điện trở không đáng kể được gọi là mạch thuần cảm . Hình 1.17 Cuộn thuần cảm 19
U Qua chứng minh ta có I= (1.31) XL X L = ω L = 2π fL (1.32) XL được gọi là cảm kháng hay còn gọi là trở kháng điện cảm có nhiệm vụ giống như điện trở R trong mạch thuần trở. Định luật: Dòng điện hiệu dụng trong mạch thuần cảm tỉ lệ với điện áp hiệu dụng và tỉ lệ nghịch với cảm kháng của mạch. Quan hệ dòng điện – điện áp Giả sử đặt điện áp xoay chiều U vào hai đầu của mạch thuần cảm làm xuất hiện dòng điện i trong mạch . i = I m sinωt Bằng thực nghiệm chứng minh điện áp nhanh pha trước dòng điện một góc π / 2 hay 900 π u = U m sin ωt + (1.33) 2 Công suất Qua chứng minh ta thấy mạch thuần cảm không tiêu thụ năng lượng, công suất tác dụng bằng không .Trong mạch chỉ có sự trao đổi năng lượng giữa nguồn và từ trường. Để đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng giữa nguồn và từ trường ta dùng khái niệm công suất phản kháng , ký hiệu Q ta có : U2 QL = UI = I 2 X L = (1.34) XL Đơn vị là Vôn Ampe phản kháng VAR 1kVAR = 103 VAR 1MVAR = 106 VAR Công suất phản kháng còn gọi là công suất vô công. 2.4. Dòng điện hình sin trong nhánh thuần dung Mạch điện chỉ có tụ điện điện dung C, tổn hao không đáng kể gọi là mạch xoay chiều thuần dung. 20