Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện - Nước - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Mạch điện (Nghề: Điện - Nước - Trung cấp) nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về điện kỹ thuật, về các động cơ điện, máy biến áp điện... giúp sinh viên có kiến thức để thực hiện các công việc của nghề xây dựng có liên quan đến điện kỹ thuật. 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 (Nghề: Điện - Nước - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MÔN HỌC:MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN- NƯỚC TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-... ngày ..... tháng.... năm 20 …….. của ……………… Tam Điệp, năm 2018 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. LỜI GIỚI THIỆU Nội dung của giáo trình đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy ở các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Đề cương của giáo trình đã được Bộ LĐTBXH đánh giá và thông qua. Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các nghành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo Bộ LĐTBXH đã ban hành. Tuy tác giả có nhiều cố gằng khi biên soạn, nhưng giáo trình không tránh khỏi những khiếm khuyết, hi vọng nhận được sự đóng góp của độc giả. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về tổ biên soạn- Khoa Xây Dựng- Trường Cao đẳng Cơ điện Việt Xô. Tam Điệp, ngày 20 tháng 03 năm 2018 Tác gia biên soạn Nguyễn Văn Thảo 2
MỤC LỤC Contents CHƯƠNG 1 ...................................................................................................................................................6 MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU ..........................................................................................................................6 1. Khái niệm về dòng điện .........................................................................................................................6 1.1 Dòng điện .........................................................................................................................................6 1.2 Mạch điện .........................................................................................................................................8 2 Các định luật cơ bản về mạch điện........................................................................................................11 2.1 Định luật Ôm ..................................................................................................................................11 2.2 Định luật Jun- Len xơ (Joule -Lenzo).............................................................................................12 2.3 Định luật Kiêcshop .........................................................................................................................13 3 Nguồn điện ............................................................................................................................................14 3.1 Khái niệm nguồn điện ....................................................................................................................14 3.3 Đấu ghép nguồn thành bộ...............................................................................................................16 4 Phương pháp giải mạch điện phức tạp ..................................................................................................18 4.1 Phương pháp dòng điện nhánh .......................................................................................................18 4.2 Phương pháp dòng điện mạch vòng ...............................................................................................20 4.3 Phương pháp điện áp hai nút (Phương pháp điện thế nút) .............................................................21 4.4 Phương pháp xếp chồng dòng điện ................................................................................................24 CHƯƠNG 2 .................................................................................................................................................26 TỪ TRƯỜNG- CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ........................................................................................................26 Giới thiệu: ...................................................................................................................................................26 1 Từ trường ..............................................................................................................................................27 1.1 Khái niệm từ trường, đường cảm ứng từ ........................................................................................27 1.2 Các đại lượng từ cơ bàn ................................................................................................................29 1.3. Từ trường của một số dây dẫn mang dòng điện ............................................................................32 1.4. Lực tương tác ................................................................................................................................33 1.5. Lực tác dụng giữa hai dây dẫn có dòng điện .................................................................................35 2 Mạch từ .................................................................................................................................................36 2.1. Khái niệm mạch từ ........................................................................................................................36 2.2. Định luật dòng điện toàn phần ......................................................................................................37 3
2.3. Tương quan B, H và đường cong từ hoá .......................................................................................40 2.1 Định luật mạch từ- tính toán mạch từ................................................ Error! Bookmark not defined. 3 Cảm ứng điện từ ....................................................................................................................................43 3.1 Định luật cảm ứng điện từ ..............................................................................................................43 3.2 Sức điện động cảm ứng trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường .........................................43 CHƯƠNG 3 .................................................................................................................................................50 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU......................................................................................................................50 Giới thiệu: ...................................................................................................................................................50 1 Mạch điện xoay chiều một pha .............................................................................................................51 1.1 Định nghĩa và nguyên lý tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin. ....................................................51 1.2. Cách biểu diễn đại lượng xoay chiều hình sin...............................................................................53 1.3 Mạch điện xoay chiều thuần trở .....................................................................................................56 1.4 Mạch điện xoay chiều thuần cảm ...................................................................................................58 1.5 Mạch điện xoay chiều thuần dung..................................................................................................61 1.6 Mạch điện xoay chiều có điện trở, điện cảm, điện dung mắc nối tiếp ...........................................63 1.7 Công suất của dòng điện hình sin...................................................................................................66 1.8. Bài tập ứng dụng ...........................................................................................................................67 2 Dòng điện xoay chiều ba pha ................................................................................................................71 2.1 Khái niệm dòng điện xoay chiều ba pha ........................................................................................71 2.2 Các đại lượng trong mạch điện ba pha ...........................................................................................71 2.3 Đấu dây mạch điện xoay chiều ba pha ...........................................................................................71 2.4 Giải mạch điện ba pha ....................................................................................................................75 3 Hệ số công suất .....................................................................................................................................77 3.1. Ý nghĩa hệ số công suất.................................................................................................................77 3.2 Biện pháp nâng cao hệ số công suất ...............................................................................................78 3.3 Bài tập ............................................................................................................................................79 4. Tài liệu tham khảo:...............................................................................................................................80 4
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN Mã môn học: Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: -Vị trí: Môn học mạch điện là môn học cơ sở được học ở kì 1 năm đầu, học sau các môn học: Vẽ kỹ thuật, Vật liệu. - Tinh chất: Môn mạch điện là môn cơ sở hỗ trợ kiến thức cho các môn khác, đồng thời giúp cho sinh viên có điều kiện tự học, nâng cao kiến thức nghề nghiệp. - Ý nghĩa và vai trò môn học: môn học nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về điện kỹ thuật, về các động cơ điện, máy biến áp điện...giúp sinh viên có kiến thức để thực hiện các công việc của nghề xây dựng có liên quan đến điện kỹ thuật. Mục tiêu của môn học: Về kiến thức: - Trình bày được các định luật cơ bản về mạch điện, các phương pháp giải mạch điện một chiều, xoay chiều. - Xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng, véc tơ cảm ứng điện từ và véc tơ lực điện từ trong ống dây, dây dẫn thẳng, vòng dây đặt trong từ trường nam châm vĩnh cửu. - Giải thích được một số hiện tượng điện từ trong các thiết bị điện dân dụng. Về kỹ năng: - Vận dụng được các biểu thức để tính toán các thông số kỹ thuật trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha ở trạng thái xác lập. - Phân tích được sơ đồ mạch đơn giản, biến đổi được mạch phức tạp thành các mạch điện đơn giản. Về thái độ: - Kiên nhẫn, tập trung, tỷ mỷ, chính xác, có tư duy sáng tạo, trách nhiệm. Nội dung môn học: 5
CHƯƠNG 1 MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mã chương: MH11-01 Giới thiệu Khái niệm, định nghĩa về dòng điện, mạch điện, nguồn điện là những khái niệm, định nghĩa cơ bản nhất trong ngành điện.Khi tìm hiểu và giải các mạch điện, chúng ta không thể bỏ qua các định luật cơ bản về mạch điện. Từ đó áp dụng các định luật cơ bản này để giải các mạch điện từ đơn giản đến phức tạp bằng các phương pháp thích hợp khác nhau, tùy theo đặc điểm của từng mạch cụ thể. Chương đầu tiên này sẽ cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về những điều đã đề cập ở trên. Mục tiêu - Trình bày được các khái niệm về dòng điện, mạch điện, nguồn điện và các phương pháp giải mạch điện một chiều. - Giải được các mạch điện một chiều phức tạp. - Tuân thủ các bước giải mạch điện. - Tỉ mỉ, chính xác, có tư duy logic, trách nhiệm trong công việc. Nội dung chính 1. Khái niệm về dòng điện 1.1 Dòng điện 1.1.1 Khái niệm về dòng điện Dòng điện 1 chiều là dòng điện có chiều và trị số không đổi theo thời gian. 1.1.2 Tác dụng của dòng điện Điện năng có ưu điểm nổi bật là cú thể sản xuất tập trung với nguồn cụng suất lớn, cú thể truyền tải đi xa và phân phối đến nơi tiêu thụ với tổn hao tương đối nhỏ. Điện năng dễ dàng biến đổi thành cỏc dạng năng lượng khỏc. Mặt khỏc quỏ trỡnh biến đổi năng lượng và tớn hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa và điều khiển từ xa, cho phộp giải phúng lao động chõn tay và cả lao động trớ úc của con người. Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng cỏc hiện tượng điện từ để biến đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tớn hiệu... bao gồm việc tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ trong cỏc hoạt động thực tế của con người. 6
1.1.3 Cường độ và mật độ dòng điện 1.1.3.1 Cường độ dòng điện Đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện gọi là cường độ dòng điện ( gọi tắt là dòng điện ), kí hiệu: I. Cường độ dòng điện là lượng điện tích qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong một đơn vị thời gian. q I t Trong đó: q: điện tích (C) t: thời gian (s) I: cường độ dòng điện (A) Ampe là cường độ của dòng điện cứ một giây thì có một culông chuyển qua tiết điện thẳng của dây dẫn. 1kA=103A, 1mA=10-3A, 1A=10-6A Nếu điện tích di chuyển qua dây dẫn không đều theo thời gian sẽ tạo ra dòng điện có cường độ thay đổi (ký hiệu là i). Giả sử trong thời gian rất nhỏ dt, có lượng dq điện tích dq qua tiết điện dây thì cường độ dòng điện i  . dt Khi điện tích di chuyển theo một hướng nhất định với tốc độ không đối sẽ tạo thành dòng điện một chiều (hay dòng điện không đổi). Vậy dòng điện một chiều là dòng điện có chiều và trị số không đổi theo thời gian. Đồ thị của nó là một đường thẳng song song với trục thời gian. Nếu dòng điện có trị số hoặc chiều biến đổi theo thời gian được gọi là dòng điện biến đổi. Dòng điện biến đổi có thể là dòng điện không chu kỳ hoặc dòng điện có chu kỳ. Ví dụ: dòng điện tắt dần đó là dòng điện không chu kỳ. Dòng điện có chu kỳ là dòng điện biến đổi tuần hoàn nghĩa là cứ sau một khoảng thời gian nhất định nó lặp lại trị số và dạng biến thiên như cũ. Trong các dòng điện có chu kỳ thì quan trọng nhất là dòng điện xoay chiều hình sin. 1.1.3.2 Mật độ dòng điện 7
Khi cường độ dòng điện qua một đơn vị diện tích được gọi là mật độ dòng điện, kí hiệu là  (denta). I  S Trong đó: I: cường độ dòng điện (A) S: diện tích tiết điện dây (m2)  : mật độ dòng điện (A/m2 ), (A/cm2 ), (A/mm2 ) Cường độ dòng điện dọc theo một đoạn dây dẫn là như nhau ở mọi tiết diện nên ở chỗ nào tiết diện dây nhỏ, mật độ dòng điện sẽ là lớn và ngược lại. Ví dụ 1: Dây dẫn có tiết diện 95mm2 dòng điện I= 200A qua. Tính mật độ dòng điện. I 200 Giải: Mật độ dòng điện là:     2,05 (A/mm2 ) S 95 1.2 Mạch điện 1.2.1 Khái niệm về mạch điện Mạch điện là tổ hợp các thiết bị điện bao gồm nguồn điện phụ tải được nối với nhau bằng dây dẫn theo một cách thức nhất định thông qua các thiết bị phụ trợ. Mạch điện là môn học cơ sở kỹ thuật quan trọng trong quá trình đào tạo công nhân lành nghề, kỹ sư các ngành kỹ thuật như điện công nghiệp, tự động hóa... Nó nhằm mục đích trang bị một cơ sở lý luận có hiệu lực cho các ngành kỹ thuật điện mà còn có thể vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác. Nguồn 1 chiều: Pin, ác quy, máy phát điện 1 chiều… Nguồn điện xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều. Các nguồn điện công suất lớn thường được truyền tải từ các nhà máy (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử…) 8
Các nguồn điện 1 chiều thường được đặc trưng bằng suất điện động E, điện trở trong r. Với nguồn xoay chiều thường biểu diễn bằng công suất P (công suất máy phát) và hiệu điện thế lối ra U. Phụ tải là các thiết bị sử dụng điện năng để chuyển hóa thành một dạng năng lượng khác, như dùng để thắp sáng (quang năng), chạy các động cơ điện (cơ năng), dùng để chạy các lò điện (nhiệt năng)…Các thiết bị tiêu thụ điện thường được gọi là phụ tải (hoặc tải) và ký hiệu bằng điện trở Z. Dây dẫn: Có nhiệm vụ liên kết và truyền dẫn dòng điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ. Các thiết bị phụ trợ: Như thiết bị đóng cắt (cầu dao, công tắc…), các máy đo (ampe kế, ôm kế…), các thiết bị bảo vệ (cầu chì, attomat…) 1.2.2 Mô hình mạch điện 1.2.2.1 Mô hình toán học của quá trình. Muốn sử dụng, khống chế, cải tạo vật thể vật lý kỹ thuật về một loại quá trình nào đó ví dụ quá trình điện từ, nhiệt, cơ... một điều kiện cơ bản là phải nhận thức được tốt về loại quá trình đó. Mô hình toán học là cách mô tả một loại quá trình bằng các môn toán học. Có thể xây dựng mô hình toán học theo cách: định nghĩa các biến trạng thái do quá trình, tìm ra một nhóm đủ hiện tượng cơ bản, mô tả bằng toán học cơ chế các hiện tượng đó và cách hợp thành những quá trình khác. Theo các mô hình toán học của quá trình có thể xếp các vật thể thành trường, môi trường hay hệ thống. Mạch điện là một hệ thống trong đó thể hiện các dòng truyền đạt, lưu thông của năng lượng hay tín hiệu. Mô hình toán học thường được dùng để mô tả quá trình điện từ trong thiết bị điện là mô hình mạch Kirchooff và mô hình mạch truyền đạt. 1.2.2.2Mô hình hệ thống, mô hình mạch - Thứ nhất, mô hình hệ thống là hệ phương trình xác định riêng trong thời gian, mô tả quy luật một loại quá trình của hệ thống. + Mô hình mạch truyền đạt hay truyền tin: loại này ứng với những phương trình vi phân hoặc vi tích phân có phép tính là các phép toán tử T. + Mô hình mạch lôgic: loại này ứng với những hệ phương trình đại số loogic với phép tác động lên biến là những quan hệ hàm lôgic L. Đó là phép làm 9
ứng với hai giá trị 0,1 của biến x với một trong hai giá trị 0,1 của biến y biểu diễn tín hiệu từ x sang y. + Mô hình mạng vận trù: loại này ứng với những hệ phương trình phiếm hàm có phép tác động lên biến là phép phiếm hàm F. Đó là cách làm ứng một hàm x(t) với một số a[x(t)] để đánh gia quá trình x(t). + Mô hình mạch năng động lượng hay mô hình mạch Kirchooff: loại này cũng ứng với những hệ phương trình vi phân hay đại số như loại (a).Ở đây quá trình đo bởi những cặp biến xk(t), yk(t) với xk yk là năng lượng hay động động lượng thường thỏa mãn những luật bảo toàn và liên tục. Trong hệ thống có sự truyền đạt năng lượng giữa các bộ phận. - Thứ hai, mô hình hệ thống còn là những sơ đồ hệ thống hay sơ đồ mạch mô tả các quá trình xét. Đó là vì ở các hệ thống và mạch các biến trạng thái không phân bố trong không gian, nên có thể dành hình học để lập những cách mô tả toán học về quá trình xét. Ta sẽ gọi chung những cách mô tả hình học ấy là sơ đồ của quá trình. Cụ thể đó là những graph, những hình chắp nối các ký hiệu hình học, dùng để mô tả theo một cách nào đó sự phân bố các biến, các phép tính lên biến, quan hệ giữa các biến và hệ phương trình trạng thái của quá trình. Vì vậy trong các lý thuyết hệ thống và lý thuyết mạch một sơ đồ đồng nhất với một hệ phương trình trạng thái. Mặt khác sơ đồ còn thường dùng mô tả cấu trúc chắp nối các bộ phận của vật thể xét. Về mặt này sơ đồ còn mô tả rõ hơn hệ phương trình. Chình vì vậy theo thói quen người ta thường hiểu sơ đồ theo nghĩa mô tả cấu trúc vật thể hơn là theo nghĩa mô hình toán học, tất nhiên cách hiểu đó không đầy đủ. Ứng với 4 loại mô hình hệ thống có thể xếp các sơ đồ vào 4 loại: sơ đồ mạch truyền đạt, sơ đồ mạch lôgic, sơ đồ mạng vận trù và sơ đồ mạch Kirchooff. - Trong kỹ thuật có thể chế tạo những linh kiện hoạt động giống các phần tử sơ đồ, do đó khi lắp ghép lại có thể được một hệ thống linh kiện hoạt động giống hệt một sơ đồ. Hệ thống đó đã mô phỏng tương tự một sơ đồ mạch và do đó mô phỏng tương tự quá trình xét. 1.2.3 Nhánh, nút và mạch vòng của mạch điện Một mạch điện phúc tạp bao gồm nhiều nhánh kết nối với nhau tạo thành một mạch vòng khép kín giao nhau tại các nút. 10
Nhánh: là một phần của mạch điện, trong đó các phần tử mạch mắc nối tiếp với nhau sao cho có cùng một dòng điện chạy qua. Nút: là chỗ giao nhau của các nhánh (ít nhất 2 nhánh trở lên). Mạch vòng: là mạch khép kín các nhánh. 2 Các định luật cơ bản về mạch điện Các định luật của mạch điện đã học ở vật lý, ở đây nhấn mạnh áp dụng các biểu thức vào tính toán mạch điện. 2.1 Định luật Ôm 2.1.1 Định luật ôm cho đoạn mạch Xét nhánh thuần điện trở. Biểu thức tính điện áp trên điện trở là: U=RI U Biểu thức tính dòng điện qua điện trở là: I  R U -tính bằng V I -tính bằng A R- tính bằng  2.1.2 Định luật Ôm cho toàn mạch 11
Xét biểu thức có E và R. Biểu thức tính điện áp U: U= U1+ U2+ U3+ U4 = R1I- E1 +R2I + E2 = (R1+R2)I –(E1- E2) Vậy U   RI   E Trong biểu thức trên quy ước dấu như sau: Sức điện động E và dòng điện I có chiều trùng với điện áp U sẽ lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm. U E Biểu thức dọng điện: I  R Trong biểu thức trên quy ước dấu như sau: Sức điện động E và điện áp U có chiều trùng với chiều dòng điện sẽ lấy dấu dương, ngược lại sẽ lấy dấu âm. 2.2 Định luật Jun- Len xơ (Joule -Lenzo) 2.2.1 Định luật Jun- Len xơ Dòng điện là dòng các điện tích chuyển dời có hướng. Khi chuyển động trong vật dẫn, các điện tích va chạm với các phân tử, truyền bớt động năng, làm cho các phân tử của vật dẫn tăng mức chuyển động nhiệt. Kết quả vật dẫn bị dòng điện đốt nóng. Đó là tác dụng phát nhiệt của dòng điện. Gọi điện trở vật dẫn là R. Khi đặt vào điện áp U, dòng điện qua vật dẫn xác định theo định luật Ôm: Công suất tiếp nhận trên vật dẫn là: P=U.I=I.R.I=I2.R (W) Trong thời gian t, công do dòng điện thực hiện là: A= P.t= I2.R.t (J) Công này đã được truyền cho vật dẫn, chuyển thành nhiệt. Biết đương lượng công của nhiệt là J=0,24 cal nên ta có: Q=0,24 A=0,24 I2.R.t (cal) Biểu thức này được nhà bác học Anh là Joule và nhà bác học Nga là Lenz tìm ra bằng thực nghiệm năm 1844 gọi là định luật Joule – Lenz. Định luật phát 12
biểu như sau: “ Nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra trong vật dẫn tỷ lệ với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở vật dẫn và thời gian duy trì dòng điện.” Đối với dòng điện biến đổi theo thời gian i(t), ta có thể tính nhiệt lượng toả ra trên đoạn mạch có điện trở R sau thời gian t bằng công thức: t Q   R.I 2 .t 0 2.2.2 Ứng dụng Tác dụng nhiệt của dòng điện được ứng dụng từ rất sớm để chế tạo các dụng cụ đốt nóng bằng dòng điện như đèn điện sợi đốt, bếp điện, mỏ hàn điện, bàn là... Mặt khác mỗi dây dẫn đều có điện trở rd nên sẽ tiêu tán điện năng dưới dạng nhiệt, gọi là năng lượng tổn hao, làm giảm hiệu suất của thiết bị. Nhiệt lượng tỏa ra làm nóng vật dẫn và có thể hư hỏng cách điện. Khi hai cực của nguồn điện chập nhau qua một điện trở không đáng kể, dòng điện trong mạch sẽ vượt quá trị số cho phép nhiều. Hiện tượng đó gọi là ngắn mạch (hay chập mạch). Khi ngắn mạch nhiệt độ dây dẫn trong các cuộn dây đạt tới trị số nguy hiểm. Để bào vệ chúng không bị nóng quá, phương pháp đơn giản nhất là dùng cầu chì hoặc rơle nhiệt. 2.3 Định luật Kiêcshop 2.3.1 Định luật Kieecsshop 1(Định luật dòng điện điểm nút - KI) Định luật này cho ta quan hệ giữa dòng điện tại 1 nút, được phát biểu như sau: Tổng đại số những dòng điện tại 1 nút bằng 0. Trong đó quy ước dòng điện đi tới nút lấy dấu dương, dòng điện rời khỏi nút lấy dấu âm.  Inút  0 Ở hình trên thì I1+ (-I2)+ (-I3)=0 2.3.2 Định luật Kieecsshop 2(Định luật thế mạch vòng - KU). Định luật này cho ta quan hệ giữa sức điện động, dòng điện và điện trở trong một mạch vòng khép kín, được phát biểu như sau: Tổng đại số những sức điện động bằng tổng đại số các điện áp rơi trên các điện trở của mạch vòng. 13
 RI   E Quy ước dấu: Các sức điện động, dòng điện có chiều trùng với chiều mạch vòng lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm. Đối với mạch vòng hình trên thì: R1I1- R2I2+ R3I3= E1+E2-E3 2.3.3 Bài tập ứng dụng Tính dòng điện I3 và sức điện động E1, E2 trong mạch điện như hình vẽ. Cho biết I2= 10A, I1=4 A, R1= 1  , R2=2  , R3=5  Giải: Áp dụng định luật Kiecshop 1 tại nút A ta có: -I1+ I2-I3=0  I3= I2- I1= 10-4= 6A Áp dụng định luật Kiecshop 2 cho mạch vòng a,b: E1= R1I1+ R2I2= 1.4+2*10= 24V E3= R3I3+ R2I2 = 5*6+2*10=50V 3 Nguồn điện 3.1 Khái niệm nguồn điện Nguồn điện: là nơi sản sinh ra năng lượng để cung cấp cho mạch. Nguồn điện có thể là nguồn điện 1 chiều hoặc nguồn điện xoay chiều. 3.2 Nguồn điện 1 chiều Nguồn điện 1 chiều: Các loại nguồn điện 1 chiều 14
3.2.1 Pin, ác quy Biến đổi hóa tính năng thành điện năng (hình 1.1). Điện áp giữa 2 điện cực của 1 phần tử không lớn, vì thế để có điện áp lớn ta nối tiếp các phần tử với nhau (hình 1.2a); để dòng điện lớn ta nối song song các phần tử với nhau (hình 1.2b). 3.2.2 Pin mặt trời 15
Pin mặt trời là việc dựa vào hiệu ứng quan điện, biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Dưới tác dụng của ánh sáng hình thành sự phân bố điện tích khác dấu ở lớp tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn khác nhau sẽ tạo ra điện áp giữa 2 cực (hình 1.3). 3.2.3 Máy phát điện 1 chiều Máy phát điện biến đổi cơ năng dựa vào trục quay của máy thành điện năng lấy ra ở cực của dây quấn (hình 1.4). 3.2.4 Bộ nguồn điện tử công suất Bộ nguồn điện tử công suất không tạo ra điện năng mà chỉ biến đổi điện áp xoay chiều (lấy từ lưới điện) thành điện áp 1 chiều lấy ra từ 2 cực (hình 1.5). 3.3 Đấu ghép nguồn thành bộ 3.3.1 Đấu ghép song song các nguồn áp thực tế A A r r r r R e(t) e(t) e(t) e(t) E(t) B B 16
Hình 1.14: Đấu ghép song song các nguồn áp Xét trường hợp có n nguồn áp (khi mắc nguồn thành bộ nên chọn các nguồn có giá trị s.đ.đ và dung lượng nguồn giống nhau) có giá trị s.đ.đ của nguồn là e(t), nội trở của nguồn là r, mắc song song với nhau như ở hình 1.14. Khi đó ta sẽ được một nguồn điện tương đương có giá trị s.đ.đ là E(t), nội trở của nguồn tương đương là R. Trong đó: Từ các biểu thức trên ta thấy: Khi mắc nối tiếp các nguồn áp, s.đ.đ tương đương của bộ nguồn không thay đổi, nhưng nội trở tương đương của bộ nguồn giảm đi n lần, do vậy dung lượng (số A.h) của bộ nguồn sẽ được tăng lên. Kết luận: Khi cần tăng s.đ.đ của bộ nguồn ta thực hiện mắc nối tiếp các bộ nguồn, khi cần tăng dung lượng cho bộ nguồn ta thực hiện mắc song song các nguồn áp với nhau. Khi cần tăng cả giá trị s.đ.đ và dung lượng của bộ nguồn ta thực hiện mắc hỗn hợp các nguồn áp với nhau. 3.3.2 Bài tập áp dụng Bài 1: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 5 A.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 3 A. Bài 2: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 48 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 2 A. Bài 3: Một ắc quy có Udm = 20 V, dung lượng 45 A.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 25 A. Bài 4: Một ắc quy có Udm = 20 V, dung lượng 2 A.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 20 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 30 A. 17
Bài 5: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 12 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 20 A. Bài 6: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 15 A. Bài 7: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 48 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 25 A. Bài 8: Một viên pin Cd-Ni có Udm = 1,2 V, dung lượng 500 mA.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 3,6 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 1,5 A. Bài 9: Một viên pin có Udm = 1,5 V, dung lượng 150 mA.h; hãy tiến hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 12 V, cung cấp cho tải có dòng tải định mức là 1 A. 4 Phương pháp giải mạch điện phức tạp Giải mạch điện là tính dòng điện, điện áp, công suất của các nhánh, các phần tử. Dòng điện trong các nhánh còn chưa biết, vì thế ta tùy ý chọn chiều dòng điện (gọi là chiều dương) trong các nhánh. Kết quả tính toán nếu dòng điện I>0 thì chiều thực của dòng điện trong nhánh trùng với chiều dương đã chọn. Nếu I
Bước 4: Viết phương trình Kieecsshop 2 cho m- (n-1)= m-n+1 mạch vòng độc lập. Bước 5: Giải hệ thống m phương trình đã thiết lập, ta có dòng điện các nhánh. 4.1.2 Bài tập áp dụng Áp dụng phương pháp dòng điện nhánh tính dòng điện trong các nhánh của mạch điện như hình vẽ? Giải Bước 1: Mạch điện có 2 nút A và B, số nút n=2; mạch có 3 nhán 1,2,3, số nhánh m=3. Bước 2: Vẽ chiều dòng điện I1, I2,I3 như hình vẽ. Bước 3: Số nút cần viết phương trình Kiecshop 1 là n-1=2-1=1. Chọn nút A. Phương trình Kiecshop 1 viết cho nút A là: I1-I2+I3=0 (1) Bước 4: Chọn m-n+1= 3-2+1=2 mạch vòng Chọn 2 mạch vòng độc lập a và b như hình vẽ. Viết phương trình Kiecshop 2 cho mạch vòng a và b. Mạch vòng a: 47. I1 + 22.I2= 10 (2) Mạch vòng b: 22 .I2 + 68.I3= 5 (3) Giải hệ 3 phương trình 1,2,3 ta có dòng điện các nhánh là: I1= 138 mA I2= 160 mA I3= 22 mA 19
4.2 Phương pháp dòng điện mạch vòng 4.2.1 Phương pháp giải Ở phương pháp này ẩn số ở hệ phương trình không phải là dòng điện trong các nhánh mà là một dòng điện mạch vòng mang ý nghĩa về toán học vì nếu biết được chúng có thể dễ dàng tính dòng điện tại các nhánh. Các bước giải theo phương pháp dòng điện mạch vòng như sau: Bước 1: Xác định m-n+1 mạch vòng độc lập và tùy ý vẽ chiều dòng điện mạch vòng, thông thường nên chọn chiều dòng điện giống nhau, thuận tiện cho việc lập hệ phương trình. Bước 2: Viết phương trình Kiecshop 2 cho mỗi mạch vòng theo dòng điện mạch vòng đã chọn. Bước 3: Giải phương trình vừa thiết lập, ta có dòng điện mạch vòng. Bước 4: Tính dòng điện các nhánh theo dòng điện mạch vòng như sau: dòng điện mỗi nhãnh bằng tổng đại số dòng điện mạch vòng chạy qua nhánh ấy. 4.2.2 Bài tập ứng dụng Áp dụng phương pháp dòng điện mạch vòng giải mạch điện như hình vẽ? Giải Bước 1: Số mạch vòng độc lập: m- n+ 1= 3- 2+1=2 mạch vòng Vẽ dòng điện mạch vòng Ia, Ib như hình vẽ Bước 2: Viết phương trình Kiecshop 2 cho các mạch vòng Mạch vòng a: (47+22). Ia- 22. Ib= 10 69 Ia -22 Ib= 10 (1) Mạch vòng b: -22 Ia+ (22+82) Ib=-5 20