GIÁO TRÌNH : Cơ sở mạch điện

Cơ sở kỹ thuật điện” tập hợp tất cả các kiến thức mới nhất về lý thuyết mạch cũng như những công cụ và những phương pháp để phân tích và thiết kế các mạch điện và điện tử tương tự. Các tính chất cũng như đáp ứng của các mạch điện từ tần số thấp đến tần số cao và siêu cao đã được mô tả và trình bày một cách rõ ràng, tổng quát và khảo sát chi tiết với hàng trăm ví dụ và bài tập có lời giải sẳn ở cuối sách bằng các biểu thức...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
GIÁO TRÌNH :Cơ sở mạch điện GIÁO TRÌNH Cơ sở mạch điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN, KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN 1. Mạch điện Mạch điện là tập hợp các thiết bị nối với nhau bằng các dây dẫn tạo thành vòng kín trong đó có dòng điện chạy qua. Các thành phần cùa mạch điện: a) Nguồn điện : là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng khác điện thành điện năng . Ví dụ: pin, ắc quy, máy phát điện (MF)... b) Tải (phụ tải p) : là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến điổi điện năng thành các dạng năng lượng khác điện. Ví dụ: động cơ điện (ĐC), bếp điện, bóng đèn điện (Đ) ... c) Dây dẫn : là các dây kim loại như đồng, nhôm ... dùng để truyền tải điện năng từ nguồn đến tải. 2. Kết cấu hình học của mạch điện a) Nhánh : là một đoạn mạch gồm các phần tử nối tiếp nhau, trong đó có cùng một dòng điện chạy qua. b) Nút : là điểm gặp nhau của từ ba nhánh trở lên. c) Vòng : là lối đi khép kín qua các nhánh. Ví dụ, mạch ở hình trên có 3 nhánh 1, 2 , 3 ; 2 nút A, B và 3 vòng a, b, c . 1.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG 1. Dòng điện Dòng điện i, về trị số, bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua tiết diện ngang một vật dẫn: dq i= dt Về chiều, dòng điện có chiều quy ước là chiều chuyển động của điện tích dương trong điện trường. 2. Điện áp Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế. Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi là điện áp. Như vậy, điện áp giữa hai điểm A và B là: BỘ MÔN CƠ SỞ 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN uAB = uA - uB Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp Chú ý : Việc xác định chiều của dòng điện và điện áp, đối với mạch điện đơn giản, được căn cứ vào chiều quy ước. Ví dụ, mạch điện gồm một nguồn điện một chiều và một tải như hình vẽ: Chiều của điện áp đầu các cực nguồn điện, chiều của điện áp đặt vào tải, và chiều của dòng điện trong mạch, được xác định dễ dàng theo quy ước đã phát biểu. Đối với mạch điện phức tạp, ta không thể dễ dàng xác định được ngay chiều của dòng điện và điện áp các nhánh. Vì thế khi giải mạch điện, ta tùy ý chọn chiều dòng điện và điện áp trong các nhánh và gọi đó là chiều dương. Trên cơ sở các chiều đã chọn, thiết lập hệ phương trình giải mạch điện. Kết quả tính toán: dòng điện (điện áp ñ) ở một thời điểm nào đó có trị số dương, chiều của dòng điện (điện áp ) trong nhánh ấy trùng với chiều đã chọn, ngược lại, nếu dòng điện (điện áp ñ) có trị số âm, chiều của chúng ngược với chiều đã chọn. 3. Công suất Trong mạch điện, một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát năng lượng. Khi chiều dòng điện và chiều điện áp trùng nhau, ví dụ ở các hình vẽ trên, sau khi tính toán công suất p của nhánh ta có kết luận sau về quá trình năng lượng của nhánh. ở một thời điểm nào đó, nếu: p = u.i > 0 : nhánh nhận năng lượng p = u.i < 0 : nhánh phát năng lượng Nếu chiều dòng điện và chiều điện áp trên nhánh ngược nhau, ta sẽ có kết luận ngược lại. Trong hệ đơn vi SI, đơn vị dòng điện là A ( Ampe ), đơn vị điện áp là V (Vôn V), đơm vị công suất là W (Oát O). 1.3 MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN – CÁC THÔNG SỐ Khi tính toán, mạch điện thực được thay thế bằng mô hình mạch. Mô hình mạch bao gồm các thông số: nguồn điện áp u (t), nguồn dòng điện j (t), điện trở R, điện cảm L và điện dung C. Đó là những phần tử lý tưởng đặc trưng cho một quá trình điện từ nào đó trong mạch điện. 1. Nguồn điện áp u (t) Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo và duy trì một điện áp trên hai cực của nguồn. Nguồn điện áp được ký hiệu như hình 1.Nguồn điện áp còn được biểu diễn bằng một sức điện động e (t). Chiều của e (t) từ BỘ MÔN CƠ SỞ 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao. Như vậy, sức điện động e (t) của nguồn và điện áp u (t) đầu các cực nguồn có chiều ngược nhau, và do đó: * Nếu lấy chiều dương của điện áp u (t) ngược với chiều mũi tên e (t) thì : u(t) = e(t) (hình 2 ) * Nếu lấy chiều dương của điện áp u (t) theo chiều mũi tên e (t) thì : u(t) = - e(t) (hình 3 ) 2. Nguồn dòng điện j (t) Nguồn dòng điện đặc trưng cho khả năng nguồn tạo và duy trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngoài. Nguồn dòng điện được ký hiệu như hình hình bên. 3. Điện trở R Điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ và biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác điện. Điện trở R được ký hiệu như hình bên. Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện trở R là: uR = R.i uR được gọi là điện áp rơi trên điện trở R. Đơn vị của điện trở là Ω (Oõm). Công suất điện trở tiêu thụ: P = R.i2 4. Điện cảm L Khi có dòng điện i chạy trong cuộn dây W vòng, từ thông φ do dòng điện sinh ra sẽ móc qua W vòng của cuộn dây, tạo ra từ thông móc vòng ψ : ψ = W. φ Điện cảm của cuộn dây được định nghĩa là: Ψ W.φ L= = i i di Sức điện động tự cảm là: eL = - L. dt Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện cảm L là: di uL = - eL = L. dt uL còn được gọi là điện áp rơi trên điện cảm L . Năng lượng từ trường của cuộn dây: 1 WM = .L.i2 2 BỘ MÔN CƠ SỞ 3 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CN ĐIỆN Như vậy, điện cảm L đặc trưng cho hiện tượng tạo ra từ trường và quá trình trao đổi, tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây. Điện cảm ...