Bài giảng Kỹ thuật điện - điện tử - Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản - Cái Việt Anh Dũng

KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BM. Cơ Điện Tử Khoa CKM GVGD: Cái Việt Anh Dũng 01/2015 1 PHẦN 1: KỸ THUẬT ĐIỆN Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. Chương 2: Mạch điện hình sin 1 pha. Chương 3: Các phương pháp giải mạch điện. Chương 4: Mạch điện xoay chiều 3 pha. 01/2015 2 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. 1.1 Các đại lượng đặc trưng năng lượng trong mạch điện. 1.2 Các phần tử cơ bản của mạch điện. 1.3 Các định luật cơ bản của mạch điện. 1.4 Bài tập. 01/2015 3 Mục tiêu chương 1: • Nắm được các khái niệm cơ bản về mạch điện • Định nghĩa được các phần tử và các đại lượng cơ bản của mạch điện. • Nhận biết được các kí hiệu trong mạch điện. • Phát biểu được các Định luật cơ bản của mạch điện: Định luật Ohm, định luật Kirchhoff 1,2. • Áp dụng các kiến thức và định luật trên để giải bài tập. 01/2015 4 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.0. Khái niệm về mạch điện • Mạch điện là một mạch vòng hình thành liên tục (không gián đoạn) bởi các vật dẫn, cho phép dòng electrons đi qua một cách liên tục, không có điểm mở đầu và không có điểm kết thúc. • Mạch điện gián đoạn (hở mạch) khi các vật dẫn không tạo thành mạch vòng khép kín và các electron không thể di chuyển liên tục qua chúng. 01/2015 5 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.0. Khái niệm về mạch điện 01/2015 6 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.1. Các đại lượng đặc trưng năng lượng trong mạch điện • Đặc trưng bởi 3 đại lượng sau : dòng điện, điện áp và công suất. 01/2015 7 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.1.1. Dòng điện • Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích dưới tác dụng của điện trường. • Cường độ dòng điện I là đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện. • Cường độ dòng điện được tính bằng lượng điện tích chạy qua tiết diện của phần tử trong một đơn vị thời gian. i=dq/dt Trong đó: [q] = [Coulomb]; [t] = [s] [i]=[Ampe], [A] Qui ước: Chiều dòng điện hướng từ cực dương về cực âm của nguồn hoặc từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp. 01/2015 8 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.1.2. Điện áp • Điện áp là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích lũy năng lượng của dòng điện. • Trong mạch điện, tại mỗi điểm đều có một điện thế φ nhất định. Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi là điện áp U. UAB = φA - φB Trong đó: φA: điện thế tại điểm A [V] φB: điện thế tại điểm B [V] UAB: hiệu điện thế giữa A và B, [Volt], [V] Qui ước: Chiều điện áp là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp. 01/2015 9 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.1.3. Công suất • Công suất P là đại lượng đặc trưng cho khả năng thu và phát năng lượng điện trường của dòng điện. • Công suất được định nghĩa là tích số của dòng điện và điện áp: P = U.I Trong đó : [U]=[V] ; [I] = [A] ; [P] = [W].  Lưu ý: Đối với mạch điện xoay chiều, công thức tính công suất tác dụng như sau: P = U.I.cosφ Trong đó: U : là điện áp hiệu dụng [V] I : là dòng điện hiệu dụng [A] cosφ: là hệ số công suất, φ = ψu – ψi (với ψu là góc pha đầu của điện áp và ψi là góc pha đầu của dòng điện). 01/2015 10 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.2 Các phần tử cơ bản của mạch điện. I.2.1 Nguồn  Nguồn độc lập Giá trị của nguồn không phụ thuộc bất kỳ vào phần tử nào trong mạch. • Nguồn áp độc lập • Nguồn dòng độc lập 01/2015 11 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.2. Các phần tử cơ bản của mạch điện. I.2.1 Nguồn  Nguồn phụ thuộc Giá trị của nguồn bị điều khiển hay phụ thuộc bởi một điện áp hoặc một dòng điện ở nơi khác trong mạch. • Nguồn áp phụ thuộc • Nguồn dòng phụ thuộc 01/2015 12 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.2.2. Tải I.2.2.1 Điện trở R (Ω) I.2.2.2 Cuộn dây L (H) I.2.2.3 Tụ điện C (F) 01/2015 13 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.2.2.1. Điện trở • Đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng. • Kí hiệu: R - US standard - IEC standard • Đơn vị: Ω(Ohm) 01/2015 14 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.2.2.1 Điện trở (tt)  ĐỊNH LUẬT OHM : Gọi i là dòng điện qua điện trở và u là điện áp giữa hai đầu R. Điện trở R thỏa quan hệ áp và dòng (định luật Ohm) sau đây: u(t) = R.i(t) Trong đó: [ u ] = [V] ; [ R ] = [ Ω ] ; [ i ] = [A] Lưu ý: - Ngắn mạch: tại vị trí ngắn mạch điện trở R = 0 Ω. - Hở mạch: tại vị trí hở mạch điện trở R = ∞ . 01/2015 15 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.2.2.2. Cuộn dây • Đặc trưng cho khả năng tạo nên từ trường của phần tử mạch điện. • Ký hiệu: L: Điện cảm của cuộn dây. • Đơn vị: [H] (Henry) • Quan hệ giữa dòng và áp của cuộn dây: u = L*di/dt Trong đó: i là dòng điện đi qua cuộn dây [A]. u: là điện áp đặt giữa 2 đầu cuộn dây [V]. 01/2015 16 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.2.2.2 Tụ điện • Đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng điện trường. • Ký hiệu: C: điện dung của tụ điện. • Đơn vị: [F] Farad • Quan hệ giữa dòng và áp của tụ điện: i=C*du/dt Trong đó: I là dòng điện đi qua tụ điện [A] u: là điện áp đặt giữa 2 đầu tụ điện [V] 01/2015 17 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.3 Các định luật cơ bản của mạch điện. I.3.1 Định Luật Ohm (xem phần 1.2.2.1 Điện trở) I.3.2 Định Luật Kirchhoff 1 I.3.3 Định Luật Kirchhoff 2 01/2015 18 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.3.2. Định Luật Kirchhoff 1. Tổng giá trị đại số của dòng điện tại 1 điểm = 0. i 0 Lưu ý: Nếu ta quy ước dòng điện đi vào mang dấu + thì dòng điện đi ra mang dấu – và ngược lại. Áp dụng định luật Kirchoff 1, ta có: IIIII1 2  3  4  5  0 01/2015 19 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản. I.3.3 Định Luật Kirchhoff 2. Tổng giá trị đại số điện áp của các phần tử trong một vòng kín bằng 0. u 0 Áp dụng định luật Kirchoff 2, bắt đầu từ điểm A làm chuẩn, ta thu được phương trình: i. R1 VCL  V 2  V  V 3  i . R 2  V 1  0 01/2015 20 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  Câu hỏi: 1. Công thức tính cường độ dòng điện dựa trên lượng điện tích? 2. Chiều quy ước của dòng điện? 3. Công thức tính điện áp giữa hai điểm A và B dựa trên điện thế mỗi điểm? 4. Chiều quy ước của điện áp? 5. Công thức tính công suất mạch điện một chiều, xoay chiều? 01/2015 21 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  Câu hỏi: 6. Ký hiệu nguồn áp, nguồn dòng (độc lập) 7. Ký hiệu của điện trở, đơn vị? 8. Ký hiệu của cuộn dây, đơn vị? 9. Công thức phụ thuộc dòng và áp của cuộn dây? 10. Ký hiệu của tụ điện, đơn vị? 11. Công thức phụ thuộc dòng và áp của tụ điện? 12. Phát biểu định luật Ohm? 13. Phát biểu định luật Kirchoff 1 và Kirchoff 2? 01/2015 22 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  BT 1.1: Xác định các giá trị cường độ dòng điện trong mạch cho như hình: ĐS: [30A, 35A, -90A, 105A, 80A]  BT 1.2: Xác định giá trị E? ĐS: [9V] 01/2015 23 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  BT 1.3: Xác định dòng lần lượt qua điện trở 2Ω, 4Ω, 1Ω? ĐS: [0.857A, 0.571A, 0.286A]  BT 1.4: Xác định dòng lần lượt qua điện trở 0.5Ω, 2Ω, 5Ω? ĐS: [6.52A, 6.37A, 0.15A] 01/2015 24 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  BT 1.5: Xác định dòng qua điện trở 10Ω? ĐS: [0.482 A]  BT 1.6: Xác định dòng qua điện trở 3Ω? Điện áp giữa 2 đầu điện trở 10Ω, 2Ω? ĐS: [2.715 A, 7.410 V, 3.948 V] 01/2015 25 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  BT 1.7: Xác định dòng lần lượt qua điện trở 2Ω, 14Ω, 32Ω, 11Ω, 3Ω? ĐS: [5A, 3 A, 1 A, 4 A, 4 A]  BT 1.8: Xác định dòng lần lượt qua điện trở 3Ω, 10Ω, 2Ω? ĐS: [2.715 A, 7.410 V, 3.948 V] 01/2015 26 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  BT 1.9: Tìm dòng i và áp v? ĐS: [9 A, 52 V]  BT 1.10: Xác định áp vg và dòng ia, ib ? ĐS: [120 V, 1.2 A, 0.3 A] 01/2015 27 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  BT 1.11: Xác định giá trị R và áp v? ĐS: [5 Ω, 9 V]  BT 1.12: Xác định dòng i và áp v? ĐS: [1 A, 12 V] 01/2015 28 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.  BT 1.13: Tính công suất tiêu thụ trên R? ĐS: [84 W] 01/2015 29 Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.