Bài giảng Kĩ thuật điện - Chương I: Khái niệm về mạch điện

KĨ THUẬT ĐIỆN BỘ MÔN KĨ THUẬT ĐIỆN – ĐH THỦY LỢI Môn học: Kĩ thuật điện Số tín chỉ: 3 Số tiết: 45 Giảng viên: Ths. Nguyễn Thị Huyền Phương 1 KĨ THUẬT ĐIỆN n MẠCH ĐIỆN n HỆ THỐNG ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ VÀ SỐ n HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG 2 MẠCH ĐIỆN n CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN n CHƯƠNG II: KĨ THUẬT PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN n CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN PHỤ THUỘC THỜI GIAN n CHƯƠNG IV: MẠCH ĐIỆN BA PHA VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN DÂN DỤNG 3 CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN n CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN n CÁC PHẦN TỬ MẠCH TẬP TRUNG n CÁC ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF n CÁC MỤC TIÊU HỌC TẬP 4 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN ĐIỆN TÍCH VÀ LỰC ĐIỆN n Proton có điện tích +1,602.10-19 C. n Electron có điện tích -1,602.10-19 C n Định luật Coulomb: lực tương tác giữa 2 điện tích Q1 và Q2 , F(N) 212 04 12 21 aR QQ F pe = 122 04 21 12 aR QQ F pe = Minh họa định luật Coulomb 5 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN n Cường độ điện trường: E (V/m) Q F E Q 0 lim ® = 212 0 2 2 4 a R Q E pe = 122 0 1 1 4 a R Q E pe = n Lực điện: 2121 EQF = 1212 EQF = 6 CHẤT DẪN ĐIỆN VÀ CHẤT CÁCH ĐIỆN n Chất dẫn điện cho phép điện tích dễ dàng chảy qua nó (điện trở nhỏ) n Chất cách điện không cho phép điện tích dễ dàng chảy qua nó (điện trở lớn) n Chất bán dẫn có điện trở ở khoảng giữa của chất dẫn điện và chất cách điện 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN 7 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN DÒNG ĐIỆN VÀ LỰC TỪ n Dòng điện (A) n Quy ước chiều dòng điện theo chiều chuyển động của các điện tích dương n Định luật Biot-Savart n Định luật Ampere: n Lực Lorenzt: 12212 BldIFd ´= dt dq ti =)( 2 12110 1 4 R aldI B ´ = p m ( ) ( )BvdqBdtv dt dq Fd ´=´÷ ø ö ç è æ= ( )BvqF ´= ( )BvEqFFF ´+=+= ME 8 ĐIỆN THẾ VÀ ĐIỆN ÁP n Điện thế tại điểm x: n Điểm có điện thế bằng không được gọi là điểm quy chiếu hay điểm đất n Điện áp: sự chênh lệch điện thế đơn vị Volt (V) 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN ( ) ( ) dq xdw xv = ABBA vvv -= 9 CÔNG SUẤT TỨC THỜI: n Đơn vị volt-ampere (VA) hoặc watt (W) NĂNG LƯỢNG: n Đơn vị đo w.s; kwh hoặc J 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN iv dt dq dq dw dt dw p =÷ ø ö ç è æ ÷÷ ø ö çç è æ == ò= T dtpw 0 10 NGUỒN VÀ TẢI n Nguồn: là nơi cung cấp năng lượng n Tải: là nơi nhận năng lượng 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN Quy ước tải và nguồn Tải Nguồn 11 n Mạch điện + Nút: Điểm nối chung của từ 2 thành phần hoặc thiết bị trở lên + Nhánh: Phần mạch chỉ chứa 1 thành phần, nguồn hoặc thiết bị, giữa 2 nút + Nguồn điện áp, nguồn dòng điện + Nguồn độc lập, nguồn phụ thuộc + Nguồn điện một chiều, nguồn điện xoay chiều 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN 12 DẠNG SÓNG n Nguồn điện 1 chiều n Nguồn điện xoay chiều hình sin • Chu kỳ T (s) • Tần số f (Hz) • f là góc pha ban đầu, và w = 2pf = 2p / T là tần số góc của sóng 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN ( ) ( )fw += tAtf sin T f 1 = 13 • Giá trị trung bình: • Giá trị hiệu dụng: n Dạng sóng của hàm mũ: 1. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN ( )ò= T dttf T F 0 av 1 ( )ò= T dttf T F 0 2 rms 1 ( ) ttAetf -= 0av =F 2rms AF = 14 2. CÁC PHẦN TỬ MẠCH TẬP TRUNG ĐIỆN TRỞ Đặc trưng cho hiệu ứng nhiệt. R, Ohm (W) • Định luật Ohm: • Điện dẫn: G = 1/R (S) • Công suất tiêu tán trên điện trở Rvi = A l A l R s r == ( ) ( ) ( ) GvRvRititvtp 222 ==== GVRVRIIVP 2rms 2 rms 2 rmsrmsrmsav ==== 15 • Cách mắc điện trở: 2. CÁC PHẦN TỬ MẠCH TẬP TRUNG 16 Điện trở mắc nối tiếp và song song. (a) R1 và R2 mắc nối tiếp. (b) R1 và R2 mắc song song Truyền tải công suất giữa nguồn và tải. Ghi chú: RL = 0 có nghĩa là ngắn mạch; vL = 0 và iL = v / RS RL ®¥ có nghĩa là hở mạch; iL = 0 và vL = v Nguồn Tải • Mắc nối tiếp: • Mắc song song: n Truyền tải công suất cực đại 2. CÁC PHẦN TỬ MẠCH TẬP TRUNG 21eq RRR += 21 21 eq RR RR R + = 21eq 111 RRR += 17 Nguồn điện áp Nguồn dòng điện Hiệu ứng nguồn – tải TảiTải 2. CÁC PHẦN TỬ MẠCH Công suất phụ tải lấy từ nguồn Hòa hợp tải LS L RR v i + = ( ) L2LS 2 L R RR v P + = SL RR = L 2 LL RiP = 18 2. CÁC PHẦN TỬ MẠCH ĐIỆN DUNG Đặc trưng cho hiệu ứng điện trường C (F) • Công suất 21eq 111 CCC += vqC = ( ) dt dv C dt dq ti == ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) dt tdv tvCtitvtp == • Cách mắc tụ điện Mắc nối tiếp Mắc song song 21eq CCC += 19 2. CÁC PHẦN TỬ MẠCH n ĐIỆN CẢM Đặc trưng cho hiệu ứng điện trường, L (H) n Công suất i N i L yl == Tụ điện mắc song song và nối tiếp (a) C1 và C2 nối tiếp (b) C1 và C2 song song ( ) ( ) ( ) dt di L dt Lid dt d N dt Nd dt d tv ===== yyl ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) dt tdi tiLtitvtp == 20