TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN, KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị nối với dây dẫn tạo thành vòng kín có dịng điện chạy qua Các thành phần cùa mạch điện: a) Nguồn điện : thiết bị biến đổi dạng lượng khác điện thành điện Ví dụ: pin, ắc quy, máy phát điện (MF) b) Tải (phụ tải p) : thiết bị tiêu thụ điện biến điổi điện thành dạng lượng khác điện Ví dụ: động điện (ĐC), bếp điện, bóng đèn điện (Đ) c) Dây dẫn : dây kim loại đồng, nhôm dùng để truyền tải điện từ nguồn đến tải Kết cấu hình học mạch điện a) Nhánh : đoạn mạch gồm phần tử nối tiếp nhau, có dòng điện chạy qua b) Nút : điểm gặp từ ba nhánh trở lên c) Vịng : lối khép kín qua nhánh Ví dụ, mạch hình có nhánh 1, , ; nút A, B vòng a, b, c 1.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG Q TRÌNH NĂNG LƯỢNG Dịng điện Dịng điện i, trị số, tốc độ biến thiên lượng điện tích q qua tiết diện ngang vật dẫn: i= dq dt Về chiều, dịng điện có chiều quy ước chiều chuyển động điện tích dương điện trường Điện áp Tại điểm mạch điện có điện Hiệu điện hai điểm gọi điện áp Như vậy, điện áp hai điểm A B là: BỘ MÔN CƠ SỞ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN uAB = uA - uB Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Chú ý : Việc xác định chiều dòng điện điện áp, mạch điện đơn giản, vào chiều quy ước Ví dụ, mạch điện gồm nguồn điện chiều tải hình vẽ: Chiều điện áp đầu cực nguồn điện, chiều điện áp đặt vào tải, chiều dòng điện mạch, xác định dễ dàng theo quy ước phát biểu Đối với mạch điện phức tạp, ta dễ dàng xác định chiều dòng điện điện áp nhánh Vì giải mạch điện, ta tùy ý chọn chiều dòng điện điện áp nhánh gọi chiều dương Trên sở chiều chọn, thiết lập hệ phương trình giải mạch điện Kết tính tốn: dịng điện (điện áp đ) thời điểm có trị số dương, chiều dịng điện (điện áp ) nhánh trùng với chiều chọn, ngược lại, dịng điện (điện áp đ) có trị số âm, chiều chúng ngược với chiều chọn Công suất Trong mạch điện, nhánh, phần tử nhận lượng phát lượng Khi chiều dịng điện chiều điện áp trùng nhau, ví dụ hình vẽ trên, sau tính tốn cơng suất p nhánh ta có kết luận sau trình lượng nhánh thời điểm đó, nếu: p = u.i > : nhánh nhận lượng p = u.i < : nhánh phát lượng Nếu chiều dòng điện chiều điện áp nhánh ngược nhau, ta có kết luận ngược lại Trong hệ đơn vi SI, đơn vị dòng điện A ( Ampe ), đơn vị điện áp V (Vôn V), đơm vị công suất W (t O) 1.3 MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN – CÁC THƠNG SỐ Khi tính tốn, mạch điện thực thay mơ hình mạch Mơ hình mạch bao gồm thơng số: nguồn điện áp u (t), nguồn dịng điện j (t), điện trở R, điện cảm L điện dung C Đó phần tử lý tưởng đặc trưng cho q trình điện từ mạch điện Nguồn điện áp u (t) Nguồn điện áp đặc trưng cho khả tạo trì điện áp hai cực nguồn Nguồn điện áp ký hiệu hình 1.Nguồn điện áp biểu diễn sức điện động e (t) Chiều e (t) từ BỘ MÔN CƠ SỞ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN điểm có điện thấp đến điểm có điện cao Như vậy, sức điện động e (t) nguồn điện áp u (t) đầu cực nguồn có chiều ngược nhau, đó: * Nếu lấy chiều dương điện áp u (t) ngược với chiều mũi tên e (t) : u(t) = e(t) (hình ) * Nếu lấy chiều dương điện áp u (t) theo chiều mũi tên e (t) : u(t) = - e(t) (hình ) Nguồn dịng điện j (t) Nguồn dòng điện đặc trưng cho khả nguồn tạo trì dịng điện cung cấp cho mạch ngồi Nguồn dịng điện ký hiệu hình hình bên Điện trở R Điện trở R đặc trưng cho trình tiêu thụ biến đổi điện thành dạng lượng khác điện Điện trở R ký hiệu hình bên Quan hệ dòng điện điện áp điện trở R là: uR = R.i uR gọi điện áp rơi điện trở R Đơn vị điện trở Ω (Oõm) Công suất điện trở tiêu thụ: P = R.i2 Điện cảm L Khi có dịng điện i chạy cuộn dây W vịng, từ thơng φ dịng điện sinh móc qua W vịng cuộn dây, tạo từ thơng móc vịng ψ : ψ = W φ Điện cảm cuộn dây định nghĩa là: L= Ψ W.φ = i i Sức điện động tự cảm là: eL = - L di dt Quan hệ dòng điện điện áp điện cảm L là: uL = - eL = L di dt uL gọi điện áp rơi điện cảm L Năng lượng từ trường cuộn dây: WM = L.i2 BỘ MÔN CƠ SỞ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN Như vậy, điện cảm L đặc trưng cho tượng tạo từ trường trình trao đổi, tích lũy lượng từ trường cuộn dây Điện cảm L ký hiệu hình Đơn vị điện cảm H ( Henri ) Điện dung Khi đặt điện áp uC lên tụ điện, có điện tích q tích lũy tụ điện Điện dung C tụ điện định nghĩa là: C= q uC Quan hệ dòng điện điện áp điện dung C là: i= dq dC.u C du = = C C hay uC = ∫ i.dt dt dt dt C Nếu thời điểm t = 0, tụ điện tích điện, điện áp tụ là: t uC = i.dt + uC(0) C ∫0 uC gọi điện áp rơi điện dung C Năng lượng điện trường tụ điện: WE = C u C2 Điện dung C ký hiệu hình bên Đơn vị điện dung F ( Fara ) Mơ hình mạch điện Mơ hình mạch điện gọi sơ đồ thay mạch điện, kết cấu hình học q trình lượng giống mạch điện thực, song phần tử mạch điện thực mơ hình hóa thơng số R, L , C , e , j Ví dụ, mạch điện thực hình a mơ hình hóa thành sơ đồ hình b hình vẽ sau ( trang ) BỘ MÔN CƠ SỞ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN T rong đó, máy phát điện thay sđđ ef nối tiếp với điện cảm Lf điện trở Rf , đường dây thay điện trở Rd nối tiếp với điện cảm Ld , bóng đèn thay điện trở RĐ , cuộn dây thay điện trở R nối tiếp với điện cảm L Chú ý : Tuỳ theo mục đích nghiên cứu điều kiện làm việc mạch điện (tần sốt, dòng điện, điện áp), mạch điện có nhiều sơ đồ thay khác Ví dụ, với mạch điện thực hình a, ta có hình b sơ đồ thay dịng điện xoay chiều, hình c sơ đồ thay dòng điện không đổi 1.5 PHÂN LOẠI MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN Theo loại dòng điện mạch , người ta phân ra: a) Mạch điện chiều: Dòng điện chiều dòng điện có chiều khơng thay đổi theo thời gian Mạch điện có dịng điện chiều gọi mạch điện chiều Dịng điện có trị số chiều khơng thay đổi theo thời gian gọi dịng điện khơng đổi: b) Mạch điện xoay chiều : Dòng điện xoay chiều dịng điện có chiều biến đổi theo thời gian Dòng điện xoay chiều sử dụng nhiều dịng điều hình sin, tức dịng điện biến đổi chiều lẫn trị số theo hàm số sin thời gian: BỘ MÔN CƠ SỞ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN Động vạn thích hợp với chế độ làm việc nặng nề , nên nhiều nước sử dụng loại động đường sắt với lưới điện xoay chiều tần số 50 Hz ( 25 hay BỘ MÔN CƠ SỞ 16 Hz ) 15 CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG 5: CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG CHƯƠNG ... hình mạch điện cịn gọi sơ đồ thay mạch điện, kết cấu hình học q trình lượng giống mạch điện thực, song phần tử mạch điện thực mơ hình hóa thông số R, L , C , e , j Ví dụ, mạch điện thực hình a mơ