Giáo trình Mạch điện 1 (Ngành: Điện công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:73

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Mạch điện 1 (Ngành: Điện công nghiệp - Trung cấp)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Các khái niệm cơ bản về mạch điện; Mạch điện một chiều; Dòng điện xoay chiều hình sine; Mạch ba pha. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Mạch điện 1 (Ngành: Điện công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận

UBND TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NINH THUẬN GIÁO TRÌNH Mô đun: MẠCH ĐIỆN 1 NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: ngày tháng năm của Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận Năm 2019 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Năng lượng điện là nguồn động lực chủ yếu của nền sản xuất hiện nay. Nước ta cũng như các nước khác trên thế giới đang không ngừng phát triển ngành kỹ nghệ sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực vì những ưu điểm cơ bản sau đây: - Điện năng được sản xuất tập trung với các nguồn công suất lớn - Điện năng có thể truyền tải đi xa với hiệu suất cao - Dễ dàng biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác - Nhờ điện năng có thể tự động hóa mọi quá trình sản xuất nâng cao năng suất lao động. Mạch điện là môn học cơ sở quan trọng đối với sinh viên khối kỹ thuật nói chung và sinh viên ngành điện nói riêng. Để có thể tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực điện thì sinh viên phải nắm vững những kiến thức của môn học này. Giáo trình được biên soạn trên cơ sở người học đã học môn toán và vật lý ở bậc phổ thông. Giáo trình này trình bày các kiến thức cơ bản về mạch điện, phương pháp tính toán dòng điện một chiều, dòng điện xoay chiều một pha, ba pha. Để thuận tiện cho người học, cuối mỗi chương đều có câu hỏi ôn tập và các bài tập. Giáo trình Mạch điện gồm 4 chương: Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện Chương 2: Mạch điện một chiều Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sine Chương 4: Mạch ba pha Do hạn chế về thông tin cũng như khả năng nên nội dung giáo trình chắc chắn còn nhiều vấn đề cần hoàn thiện. Rất mong các bạn đồng nghiệp và độc giả đóng góp ý kiến để giáo trình được hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến, thắc mắc xin gởi về Khoa Điện – Điện tử Trường Cao đẳng nghề Ninh Thuận. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn! Ninh Thuận, ngày 01 tháng 05 năm 2019 Các tác giả 1. Chủ biên: Ngô Thị Kim Hậu 2. Thiên Khương Tùng 3
MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ................................................................................................. 2 LỜI GIỚI THIỆU ................................................................................................................ 3 MỤC LỤC........................................................................................................................... 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 6 CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN ......................................... 9 1. Khái niệm chung .......................................................................................................... 9 1.1 Định nghĩa về mạch điện ........................................................................................ 9 1.2 Kết cấu hình học của mạch điện ............................................................................. 9 1.3 Thiết lập mô hình mạch điện ................................................................................ 10 2. Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch điện. .......................... 11 2.1. Dòng điện và bản chất dòng điện trong môi trường ............................................. 11 2.2. Điện áp ............................................................................................................... 11 2.3. Công suất ............................................................................................................ 11 3. Các phần tử cơ bản của mạch điện ............................................................................. 12 3.1 Điện trở................................................................................................................ 12 3.2 Điện dẫn .............................................................................................................. 12 3.3 Điện cảm.............................................................................................................. 12 3.4 Điện dung ............................................................................................................ 12 3.5 Nguồn độc lập ...................................................................................................... 13 CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU................................................................... 14 1.Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch điện một chiều ..................................... 14 1.1 Định luật Omh: .................................................................................................... 14 1.2 Định luật Kirchooff về dòng điện (Định luật Kirchooff 1) ................................... 15 1.3 Định luật Kirchooff về điện áp (KV) (định luật Kirchooff 2) ........................... 16 2. Các phương pháp giải mạch điện một chiều ............................................................... 17 2.1 Giải mạch điện một chiều bằng phương pháp biến đổi điện trở ...................... 17 2.2 Giải mạch điện bằng phương pháp ứng dụng định luật Kirchooff .................. 22 2.3 Giải mạch điện xoay chiều bằng phương pháp xếp chồng dòng điện .............. 30 BÀI 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN ........................................................... 40 1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều hình sin .............................................................. 40 1.1 Khái niệm ....................................................................................................... 40 1.2 Chu kỳ, tần số, tần số góc ..................................................................................... 41 1.3 Trị số tức thời, trị số hiệu dụng, trị số cực đại của điện áp và dòng điện ........ 41 1.4 Góc lệch pha của dòng điện và điện áp ................................................................. 42 1.5 Biểu diễn lượng hình sin bằng đồ thị vectơ. ...................................................... 43 2. Các mạch điện xoay chiều cơ bản............................................................................ 44 2.1. Mạch xoay chiều thuần trở .................................................................................. 44 2.2. Mạch điện xoay chiều thuần cảm......................................................................... 46 2.3. Mạch xoay chiều thuần dung ............................................................................... 48 3. Mạch xoay chiều R-L-C mắc nối tiếp ......................................................................... 50 3.1 Mạch R-L-C mắc nối tiếp ..................................................................................... 50 3.2 Hiện tượng cộng hưởng điện áp......................................................................... 51 3.3 Công suất ............................................................................................................. 51 4
4. Giải mạch điện xoay chiều phân nhánh................................................................... 52 4.1 Phương pháp đồ thị vectơ .............................................................................. 52 4.2 Phương pháp tổng dẫn .......................................................................................... 54 4.3 Phương pháp biên độ phức ................................................................................ 54 4.4 Cộng hưởng dòng điện ......................................................................................... 58 CHƯƠNG 4: MẠCH BA PHA ........................................................................................ 61 1. Khái niệm chung ........................................................................................................ 61 1.1 Hệ thống ba pha cân bằng ..................................................................................... 61 1.2 Đồ thị dạng sóng và đồ thị véctơ ........................................................................ 62 1.3 Đặc điểm và ý nghĩa............................................................................................ 62 2. Sơ đồ đấu dây trong mạng điện ba pha cân bằng ................................................... 62 2.1 Đấu dây hình sao (Y) .......................................................................................... 62 2.2 Đấu dây hình tam giác () ................................................................................ 64 3. Công suất mạng điện ba pha cân bằng .................................................................... 64 4. Phương pháp giải mạch điện ba pha cân bằng ....................................................... 65 4.1 Mạng ba pha cân bằng nguồn nối hình sao, nguồn nối hình tam giác ............. 65 4.2 Mạng điện ba pha cân bằng tải nối hình sao, tải nối tam giác ..................... 65 5
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Thị Cư (chủ biên), Mạch điện 1, NXB Giáo dục, năm 2000. [2] Hoàng Hữu Thận, Cơ sở Kỹ thuật điện , NXB Giao thông vận tải ,năm 2000. [3] Đặng Văn Đào, Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo Dục, năm 2004 [4] Hoàng Hữu Thận, Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội ,năm 2000. [5] Hoàng Hữu Thận, Bài tập Kỹ thuật điện đại cương , NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội , 2004. 6
MÔ ĐUN MẠCH ĐIỆN Mã mô đun: MĐ _ 10 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: -Vị trí: Môn học mạch điện được bố trí học sau các môn học chung và học tr- ước các môn học, mô đun chuyên môn nghề. - Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở, thuộc các môn học đào tạo nghề bắt buộc. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Mạch điện là môn học cơ sở của kỹ thuật điện nhằm cung cấp cho sinh viên khả năng nghiên cứu các mạch điện và có ý nghĩa nghiên cứu các phương pháp biểu diễn, phân tích, tính toán các hệ thống điện tạo và biến đổi tín hiệu dựa trên mô hình các thông số và các phần tử hợp thành điển hình. Trong giáo trình này nội dung chủ yếu đề cập về các khái niệm cơ bản của mạch điện, kết cấu mạch điện, các biểu thức, phương pháp giải các mạch điện một chiều, xoay chiều một pha và ba pha trong hệ thống điện. Mục tiêu của Mô đun: * Về kiến thức: + Phát biểu được các khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha. + Giải thích được các thông số trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha ở trạng thái xác lập và quá độ. + Giải thích được một số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm của kỹ thuật điện. * Về kỹ năng: + Tính toán đươc các thông số kỹ thuật trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha. + Vận dụng được các phương pháp phân tích, biến đổi mạch để giải các bài toán về mạch điện hợp lý. + Vận dụng phù hợp các định lý các phép biến đổi tương đương để giải các mạch điện phức tạp. * Về thái độ: + Rèn luyện tính cận thận, tỉ mỉ trong tính toán. + Vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế, kỹ năng tự trau dồi bổ sung kiến thức nhằm giải quyết công việc kỹ thuật cụ thể có liên quan đến môn học Nội dung của mô đun: Số Thời gian TT Tên các bài trong mô đun 7
Tổng số LT TH KT I Chương1. Các khái niệm cơ bản về 5 5 mạch điện. 1. Khái niệm chung 1 2. Các đại lượng đặc trưng cho quá trình 1 năng lượng trong mạch điện 3. Các phần tử cơ bản của mạch điện 3 II Chương 2. Mạch điện một chiều 25 19 4 2 1. Các định luật và biểu thức cơ bản trong 4 mạch một chiều 2. Các phương pháp giải mạch điện một 15 4 2 chiều III Chương 3. Mạch điện xoay chiều một 15 10 4 1 pha 1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều. 2 2. Các mạch điện xoay chiều cơ bản 2 3. Giải mạch xoay chiều không phân 4 3 1 nhánh. 4. Giải mạch xoay chiều phân nhánh. 2 1 IV Chương 4. Mạch điện ba pha. 15 11 3 1 1. Khái niệm chung. 2 2. Sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha đối 4 xứng. 3. Công suất mạng ba pha đối xứng. 1 4. Phương pháp giải mạng ba pha đối xứng 4 3 1 Tổng cộng 60 45 11 4 8
CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Giới thiệu: Nội dung chính của chương là trang bị cho sinh viên những khái niệm, kết cấu mạch điện. Ngoài ra sinh viên phải nắm vững được tính chất của các đại lượng đặc trưng của các phần tử của mạch điện. Nghiên cứu và ứng dụng được các biểu thức của các định luật Kirchooff. Từ đó vận dụng định luật để giải một số bài tập từ cơ bản đến nâng cao. Mục tiêu: - Phân tích được nhiệm vụ, vai trò của các phần tử cấu thành mạch điện như: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt... - Giải thích được cách xây dựng mô hình mạch điện, các phần tử chính trong mạch điện. Phân biệt được phần tử lý tưởng và phần tử thực. - Phân tích và giải thích được các khái niệm cơ bản trong mạch điện, hiểu và vận dụng được các biểu thức tính toán cơ bản. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ trong tính toán Nội dung chính: 1. Khái niệm chung 1.1 Định nghĩa về mạch điện Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện, điện tử trong đó có sự biến đổi năng lượng điện sang các dạng năng lượng khác. 1.2 Kết cấu hình học của mạch điện Cấu tạo mạch điện gồm nguồn điện, phụ tải, dây dẫn ngoài ra còn có các phần tử phụ trợ khác I + Tải Nguồn E - Hình 1-1 Ắcqu Máy phát điện y 9
* Nguồn điện: dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho mạch. Nguồn được biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang điện năng, ví dụ máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng), ắc quy (biến đổi hóa năng sang điện năng). * Phụ tải: là thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện. Phụ tải biến đổi năng lượng điện sang các dạng năng lượng khác, ví dụ như động cơ điện (biến đổi điện năng thành cơ năng), đèn điện (biến đổi điện năng sang quang năng), bàn là, bếp điện (biến đổi điện năng sang nhiệt năng) v.v. * Dây dẫn: làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ. * Ngoài ra còn có các phần tử khác như: phần tử làm thay đổi áp và dòng trong các phần khác của mạch (như máy biến áp, máy biến dòng), phần tử làm giảm hoặc tăng cường các thành phần nào đó của tín hiệu (các bộ lọc, bộ khuếch đại), v.v.. 1.3 Thiết lập mô hình mạch điện * Nhánh: gồm nhiều phần tử ghép nối tiếp trong đó có cùng một dòng điện. * Nút: là điểm nối của ba nhánh trở lên. * Vòng: là tập hợp nhiều nhánh tạo thành vòng kín, nó có tính chất là nếu bỏ đi một nhánh thì không tạo thành vòng kín nữa.  Mắc lưới : là vòng mà bên trong nó không còn vòng nào khác. A E D D A B C B C F Hình 1.2 Hình 1.3 10
2. Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch điện. 2.1. Dòng điện và bản chất dòng điện trong môi trường Dòng điện là dòng chuyển dời hướng của các điện tích. Cường độ dòng điện ( gọi tắt là dòng điện) là lượng điện tích chuyển qua một bề mặt nào đó( tiết diện ngang của dây dẫn, nếu là dòng điện chảy trong dây dẫn ) trong một đơn vị thời gian.  Dòng điện ký hiệu là: I ( Ampe)  Quy ước chiều dòng điện từ cực dương sang cực âm của nguồn (i>0), ngược lại (i 0 thì tại thời điểm t đó phần tử thực sự hấp thụ năng lượng với 11
công suất là p, còn nếu p < 0 thì tại thời điểm t đó phần tử thực sự phát ra năng lượng (tức năng lượng được đưa từ phần tử mạch ra ngoài) với công suất là | p |. 3. Các phần tử cơ bản của mạch điện Các phần tử của mạch điện được dùng trong lý thuyết mạch được xây dựng từ các phần tử lý tưởng sau đây: 3.1 Điện trở Điện trở là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực của phần tử điện trở là: u = R.i. i→ R Hình 1-4 3.2 Điện dẫn Bên cạnh khái niệm điện trở người ta còn đưa ra khái niệm điện dẫn G = 1/R, Tính bằng SIEMENS (S). 3.3 Điện cảm Điện cảm là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng trường di từ, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực phần tử điện cảm: u= L. dt i L hình 1.5 3.4 Điện dung Điện dung là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng trường du điện, quan hệ giữa dòng và áp trên hai cực tụ điện: i= C. thông số cơ bản của dt mạch điện, đặc trưng cho quá trình tích phóng năng lượng trường điện. C i hình 1.6 12
3.5 Nguồn độc lập  Phần tử nguồn: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng nguồn. phần tử nguồn gồm phần tử nguồn áp và phần tử nguồn dòng. j i i e hình 1.7 hình 1.8  Phần tử thực: phần tử thực của mạch điện có thể được mô hình gần đúng bởi một hay nhiều phần tử lý tưởng được ghép với nhau theo một cách nào đó để mô tả gần đúng hoạt động của phần tử thực tế.  Nguồn phụ thuộc Cung cấp 1 dòng hoặc áp nhưng phụ thộc một dòng hay một áp ở đâu đó trong mạch. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Mạch điện gồm những phần nào? Nêu công dụng của chúng. 2. Định nghĩa nút ? vòng ? mắc lưới? Điều kiện nào trong mạch điện có nút. 3. Đặc trưng của phần tử điện trở là gì? Phần tử điện dung? Phần tử điện cảm? 4. Định nghĩa dòng điện ? Định nghĩa điện áp ? 5. Tính hiệu điện thế (điện áp) UAB trong các trường hợp sau : a. Điện thế tại điểm A(UA=5 (V) ), điện thế tại điểm B(UB= 3 (V) ). b. Điện thế tại điểm A(UA=2 (V) ), điện thế tại điểm B(UB= -3 (V) ). c. Điện thế tại điểm A(UA= -1 (V) ), điện thế tại điểm B(UB= -4 (V) ). 6. Công suất p(t) đặc trưng những hiện tượng nào của thiết bị. 13
CHƯƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Giới thiệu: Trong chương này sinh viên được trang bị kiến thức về một số phương pháp phân tích mạch điện một chiều. Nhằm củng cố kiến thức học ở chương 1, đồng thời hình thành tư duy và kỹ năng phân tích một số mạch điện phức tạp. Mục tiêu: - Trình bày, giải thích và vận dụng được linh hoạt các biểu thức tính toán trong mạch điện DC (dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng...). - Tính toán được các thông số (điện trở, dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng) của mạch DC một nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp. - Phân tích được sơ đồ và chọn phương pháp giải mạch hợp lý. - Lắp ráp, đo đạc được các thông số của mạch DC theo yêu cầu. - Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập. Nội dung chính: 1.Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch điện một chiều * Định nghĩa dòng điện một chiều: Dòng điện một chiều là dòng điện có chiều và độ lớn không đổi theo thời gian. i I(t) 0 t Hình 2.1 1.1 Định luật Omh: Điện trở lí tưởng tuyến tính là phần tử mạch tiêu thụ năng lượng điện , quan hệ i_v được xác định theo hệ thức: v = R.i Điện áp giữa hai đầu điện trở thì tỉ lệ thuận với dòng điện chảy qua điện trở , hằng số R gọi là giá trị của điện trở (đơn vị Ohm ()) 14
Hình 2.2 Tính cản điện của điện trở tương đương với tính dẫn điện có hạn chế , thành thử những khi tiện người ta định nghĩa độ dẫn điện hay điện dẫn G như là nghịch đảo của điện trở: 1 R G Và định luật Ohm được viết lại: i = G.v Trước đây đơn vị của điện dẫn rất gợi nhớ đó là Mho ( -1 ) , song để thống nhất ta tuân theo hệ SI , và theo hệ này đơn vị điện dẫn là Siemen (s). Hình 2.3 Có những điện trở tuyến tính kì lạ hơn đó là công tắc on-off chúng được mô hình hóa như điện trở đặc biệt (hình 2.3). Ở vị trí on - vị trí đóng mạch - công tắc tạo đường dẫn , điện trở bằng không , hay công tắc ngắn mạch điểm A và B , R=0 Ở vị trí off công tắc như điện trở có G = 0 ( R =  ) công tắc ở vị trí hở mạch. Ghi chú :. Định luật Ohm , theo nội dung đã phát biểu , dựa vào đặc trưng bên ngoài của điện trở , Còn giá trị R của điện trở thì phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu , hình dáng và cả nhiệt độ. 1.2 Định luật Kirchooff về dòng điện (Định luật Kirchooff 1) Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không: k  i nut k 0 Với qui ước: Dòng điện rời khỏi nút có giá trị âm và dòng điện hướng vào nút có giá trị dương (hay ngược lại). 15
Hình 2.9 Theo phát biểu trên, ta có phương trình ở nút A i1  i2  i3  i4  0 Nếu ta qui ước dấu ngược lại ta cũng được cùng kết quả:  i1  i2  i3  i4  0 Hoặc ta có thể viết lại: i3  i1  i2  i4 Và từ phương trình trên ta có phát biểu khác của định luật KA: Tổng các dòng điện chạy vào một nút bằng tổng các dòng điện chạy ra khỏi nút đó. Định luật Kirchhoff về dòng điện là hệ quả của nguyên lý bảo toàn điện tích: Tại một nút điện tích không được sinh ra cũng không bị mất đi. Dòng điện qua một điểm trong mạch chính là lượng điện tích đi qua điểm đó trong một đơn vị thời gian và nguyên lý bảo toàn điện tích cho rằng lượng điện tích đi vào một nút luôn luôn bằng lượng điện tích đi ra khỏi nút đó. 1.3 Định luật Kirchooff về điện áp (KV) (định luật Kirchooff 2) Tổng đại số hiệu thế của các nhánh theo một vòng kín bằng không k U vòng k 0 Để áp dụng định luật Kirchhoff về hiệu thế, ta chọn một chiều cho vòng và dùng qui ước: Hiệu thế có dấu (+) khi đi theo vòng theo chiều giảm của điện thế (tức gặp cực dương trước) và ngược lại. Ví dụ: xét hình vẽ 2.10 Định luật Kirchhoff về hiệu thế viết cho vòng abcd:  v1  v2  v3  0 Hình 2.10 16
Ta cũng có thể viết KV cho mạch trên bằng cách chọn hiệu thế giữa 2 điểm và xác định hiệu thế đó theo một đường khác của vòng: v1  vba  vbc  vca  v2  v3 Định luật Kirchhoff về hiệu thế là hệ quả của nguyên lý bảo toàn năng lượng: Công trong một đường cong kín bằng không. Ví dụ: Tim ix, Vx trong mạch điện sau: Hình 2.11 Áp dụng KA lần lượt cho các cho nút a, b, c, d: i1  1A  4 A  0  i1  3 A 2 A  i1  i2  0  i2  1A i3  3 A  i2  0  i3  4 A  i x  i3  1A  0  i x  5 A Áp dụng định luật KV cho vòng abcd:  vx  10  v2  v3  0 Với v2  5.i2  5.(1)  5V v3  2.i3  2.(4)  8V vx  10  5  8  23V Ở Trong thí dụ trên , ta có thể tính dòng ix từ các dòng điện ở bên ngoài vòng abcd đến các nút abcd. Xem vòng abcd được bao bởi một mặt kín ( vẽ nét gián đoạn). Định luật Kirchhoff tổng quát về dòng điện có thể phát biểu cho mặt kín như sau: Tổng đại số các dòng điện đến và rời khỏi mặt kín bằng không. Với qui ước dấu như định luật KCL cho một nút. Như vậy phương trình để tính ix là:  ix  4  2  3  0  ix  5 A Định luật có thể được chứng minh dễ dàng từ các phương trình viết cho các nút abcd chứa trong mặt kín có dòng điện từ các nhánh bên ngoài đến. 2. Các phương pháp giải mạch điện một chiều 2.1 Giải mạch điện một chiều bằng phương pháp biến đổi điện trở 17
Biến đổi mạch điện nhằm mục đích đưa mạch phức tạp về dạng đơn giản hơn. Biến đổi tương đương là biến đổi mạch điện sao cho dòng điện, điện áp tại các bộ phận không bị biến đổi. Một số biến đổi điện trở thường gặp có thể áp dụng trong phương pháp giải mạch điện là: Phưởng pháp biến đổi các điện trở mắc nối tiếp, song song, sao, tam giác. Mạch tương đương được định nghĩa như sau:  Hai mạch được gọi là tương đương nếu quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên các cực của hai phần tử là như nhau.  Một phép biến đổi tương đương sẽ không làm thay đổi dòng điện và điện áp trên các nhánh ở các phần của sơ đồ không tham gia vào phép biến đổi. Sau đây là một số phép biến đổi tương đương thông dụng : 2.1.1 Các phép biến đổi tương đương 2.1.1.1 Nguồn áp ghép nối tiếp Sẽ tương đương với một nguồn sức điện động duy nhất có trị số bằng tổng trị số các sức điện động đó. n etđ=   ek k 1 e1 e2 e3 etđ=e1+e2-e3 a b a b Hình 1.11 Ví dụ : e1  3(V ); e2  5(V ); e3  2(V );  e  3  5  2  6(V ); Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp trên hai cực của nguồn. ký hiệu: U(t) e u(t) Nguồn áp còn biểu diễn bằng sđđ e(t).  e(t): chiều đi từ điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao. Hình 1.12  u(t): chiều đi từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp. 2.1.1.2 Nguồn dòng điện ghép song song Nguồn dòng điện mắc song song sẽ tương với một nguồn dòng duy nhất có giá trị bằng tổng đại số các nguồn dòng đó. n Jtđ    jk k 1 i i j1 j2 j3 jtd= j1-j2-j3 Hình 1.13 18
Ví dụ : j1  2( A); j2  3( A); j3  1( A);  j  2  3 1  2( A); Nguồn dòng điện j(t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và duy trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngoài. 2.1.1.3 Điện trở ghép nối tiếp và song song Điện trở ghép nối tiếp sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất có trị số bằng tổng các điện trở các phần tử đó. n Rtđ   RK K 1 R1 R2 R3 Rn Rtđ Hình 1.14 Ví dụ : R1  3(); R2  2(); R3  5();  Rtđ  3  2  5  10(); Điện trở ghép song song sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất có 1 điện dẫn bằng tổng điện dẫn các phần tử đó. ( với g  : gọi là điện dẫn ) R n Gtđ  GK i K 1 i R1 R2 R3 Rn Rdt Hình 1.15 1 1 1 1 G      Rtd R1 R2 Rn 1 1 1 1 1 1 1 Ví dụ : R1  2(); R2  2(); R3  5();         1,2(); Rtđ R1 R2 R3 2 2 5 2.1.1.4 Biến đổi Y-Δ: R1.R2  R12  R1  R2  R3 R2 .R3  R23  R2  R3  R1 R1.R3 i1 i1  R13  R1  R3  R2 R1 R31 R12 R3 R2 i2 i3 i2 R23 i3 Hình 1.16 19
2.1.1.5 Biến đổi Δ-Y: R31.R12  R1  R12  R23  R31 R23.R12  R2  R12  R23  R31 R23.R31  R3  R12  R23  R31 Các quan hệ trên được chứng minh như sau: vì hai mạch tương đương nên các quan hệ sau đây thì bằng nhau đối với hai mạch. u12 u23 u31 Rtđ12  i3  0 ; Rtđ 23  i1  0 ; Rtđ 31  i2  0 i1 i2 i3  Đối với mạch (Y) ta có: Rtđ 12  R1  R2 ; Rtđ 23  R2  R3 ; Rtđ 31  R3  R1  Đối với mạch (∆) ta có: Rtđ 12  R12 //( R23  R31 ) ; Rtđ 23  R23 //( R31  R12 ) ; Rtđ 31  R31 //( R23  R12 ) Do đó ta có các phương trình sau: R12 ( R23  R31)  R1  R2  (1) R12  R23  R31 R23 ( R31  R12 )  R2  R3  (2) R12  R23  R31 R12 ( R12  R23 )  R3  R1  (3) R12  R23  R31 Giải hệ phương trình(1),(2),(3) ta tìm được các phép biến đổi trên. 2.1.1.6 Biến đổi tương đương giữa nguồn áp và nguồn dòng. Nguồn áp mắc nối tiếp với một điện trở sẽ tương đương với một nguồn dòng mắc song song với điện trở đó và ngược lại. r i i e j i1 r hình1 hình2 Hình 1.17  Ở mạch (hình 1) ta có quan hệ giữa u và i như sau: u = e-r.i (1) 20