CHƯƠNG I MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Giới thiệu bài học: Kỹ thuật điện là một trong những phần không thể thiếu trong hoạt động nghề nghiệp của ngành kỹ thuật. Đây là tiền đề cần thiết cho việc tiếp thu và hiểu được khái niệm, các thông số cơ bản các hiện tượng trong hệ thống điện – điện tử. Việc hiểu được các định luật, các phương pháp để giải các bài tập trong mạch điện một chiều, mạch xoay chiều (một pha, ba pha). Vận dụng vào hệ thống điện trong thực tế khi làm việc trong nhà máy, hệ thống truyền tải điện……… Phân tích được mạch điện, tính được công suất mạch, hệ số cos phi, hệ thống bù hạ áp…….
Mục tiêu của bài: - Trình bày, giải thích và vận dụng được linh hoạt các biểu thức tính toán trong mạch điện DC (dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng.); - Phân tích được sơ đồ và chọn phương pháp giải mạch hợp lý; - Tính toán được các thông số (điện trở, dòng điện, điện áp, công suất, điện năng, nhiệt lượng) của mạch DC một nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp; - Lắp ráp, đo đạc được các thông số của mạch DC theo yêu cầu; - Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập; - Rèn luyện được phương pháp học tư duy và nghiêm túc trong công việc. CÁC ĐẠI LƯƠNG ĐẶC TRƯNG QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN 1. Điện thế - Hiệu điện thế: 1. Điện thế: Điện thế tại một điểm có trị số bằng công của lực điện trường tác động vào một đơn vị điện tích dương khi điện tích này di chuyển từ điểm đó ra xa vô cực.
A∞ VA Trong đó: q VA : Điện thế (Vôn). A∞: Công của lực điện trường (Jun). Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 8 Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử 1. Hiệu điện thế (Điện áp) Hình 1.1 Ở mạch điện hình 1.1, tại điểm A có điện thế VA , tại điểm B có điện thế VB Để dịch chuyển điện lương q từ vị trí A sang vị trí B tức để tạo dòng điện từ A sang B thì nguồn điện phải tạo ra một năng lượng là VAB > 0.
VAB = VA – VB. VAB gọi hiệu điện thế giữa A và B. Thông thường điểm nối chung của mạch điện được chọn làm điểm gốc (điểm đất, điểm mass). Điểm này có điện thế bằng 0.
Ví dụ khi cho điểm B nối trực tiếp xuống mass thì điểm B có điện thế VB = 0. Ký hiệu nối mass, nối đất (Ground GND) GND GND Mass GND Hình 1.2 Đơn vị của điện thế, hiệu điện thế (điện áp): Vôn (V) 1KV = 103V = 1000V 1mV = 10-3V = 0,001V 2. Dòng điện: Ở mạch điện hình 1.1, nếu có chênh lệch điện thế giữa A và B thì có sự di chuyển của các hạt mang điện theo một hướng xác định. Khi đó hình thành dòng điện chạy trong mạch.
Ngược lại, không có chênh lệch điện thế giữa A và B thì không có sự dịch chuyển của các hạt mang điện nên không có dòng điện trong mạch. Vây: Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. dq Trong đó: I dt Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 9 Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử I: Cường độ dòng điện (A) dq: Điện lương (C) dt: Khoảng thời gian ngắn (s) Theo qui ước dòng điện có chiều đi từ dương sang âm. Đơn vị của cường độ dòng điện Ampere (A).
1KA = 103A = 1000A 1mA = 10-3A = 0,001A 1µA = 10-3mA = 10-6A 3.Dòng điện một chiều: Khi dòng điện và điện thế phân bố trong một hệ mạch không thay đổi theo thời gian thì mạch được xem như một trạng thái tĩnh hay trạng thái DC (Direct Current state). Định nghĩa: Dòng điện một chiều là dòng điện có chiều và trị số không thay đổi theo thời gian. Cường độ dòng điện: Cường độ dòng điện được đo bằng lượng điện tích của các hạt mang điện chuyển động có hướng qua tiết diện dây dẫn trong một đơn vị thời gian. dq I: Cường độ dòng điện (A) I dt dq: Điện lương (C) dt: Khoảng thời gian ngắn (s) Dòng điện không đổi.
Q I t Q là tổng các điện tích đi qua tiết diện dây dẫn trong khoảng thời gian t. Chiều của dòng điện Dòng điện trong mạch có chiều qui ước hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp. Chiều của dòng điện ngược với chiều chuyển động của điện tử Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 10 Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử (điện ngược với chiều dịch chuyển của điện tích âm). Chiều của dòng điện cùng chiều dịch chuyển của điện tích dương.
Nguồn điện một chiều: Các loại nguồn điện một chiều: - Pin, acquy. - Máy phát điện một chiều. Khi sử dụng nguồn điện một chiều, cần biết hai thong số quan trong của nguồn là điện áp và điện lượng. Điện lương Q có đơn vị Ampere giờ (Ah).
Điện lương Q chỉ lượng điện đã được nạp và chứa trong nguồn. Thời gian sử dụng sẽ tùy thuộc vào cường độ dòng điện tiêu thụ và được tính theo công thức: Q Q: Điện lương (Ah) t I I: Cường độ dòng điện (A) t: Thời gian (h) Ví dụ: Nguồn điện một chiều có điện lượng 50Ah, nếu dòng điện tiêu thụ I = 1A thì thời gian sử dụng tối đa là: 50 t 50h 1 Theo lý thuyết nếu dòng điện tiêu thụ là 1A thì thời gian sử dụng là 50h, còn nếu dòng diện tiêu thụ là 50A thì thời gian sử dụng là 1h. Thực tế khi dòng điện tiêu thụ quá lớn qua nội trở của nguồn sẽ sinh ra nhiệt lớn làm hư nguồn trước khi đạt thời gian sử dụng theo công thức trên. Để tránh hư nguồn thì phải giới hạn dòng điện tiêu thụ ở mức: Q I ≤ t Ký hiệu: + + + E: Sức điện động E,r VCC r: nội trở Nguồn cố định Hình 1.4 Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 11 Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử + VCC Nguồn điều chỉnh được trị số Hình 1.5 - Nguồn một chiều: V, U, VCC, VBB, E,…….
- Nguồn dương: + VCC - Nguồn dương: - VCC - Nguồn đối xứng: ± VCC 3. Cách mác nguồn điện một chiều - Mắc nối tiếp. - Mắc song song. - Mắc hổn hợp.
*/ Mắc nối tiếp Etđ = E1 + E2 + + + Qtđ = Q1 = Q2 E1 ,r1 E2 ,r2 Etđ , rtđ rtđ = r1 + r2 Hình 1. Tính Etđ, rtđ, Qtđ, thời gian sử dụng Giải: Etđ = E1 + E2 = 1,5 + 1,5 = 3V Qtđ = Q1 = Q2 = 4,5Ah rtđ = r1 + r2 = 1 + 1 = 2 Ω */ Mắc song song + Etđ = E1 = E2 E1 ,r1 + Qtđ = Q1 + Q2 + rtđ = r1 // r2 Etđ , rtđ E2 ,r2 Hình 1. Tính Etđ, rtđ, Qtđ, thời gian sử dụng. Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 12 Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử Giải: Etđ = E1 = E2 = 1,5V Qtđ = Q1 + Q2 = 4,5 + 4,5 = 9Ah r1.1 r1 0,5Ω r1 + r2 1+1 */ - Mắc hổn hợp.8 + + Etđ , rtđ E3 ,r3 E4 ,r4 Etđ = E1 + E2 = E3 + E4 Qtđ = Q1 + Q3 hoặc Q2 + Q4 (Q1 = Q2 , Q3 = Q4) rtđ = (r1 + r2 )//( r3 +r4) Ví dụ: E1 = E2 = E3 =E4 = 1,5V, r1 = r2 = r3 = r4 = 1Ω, Q1 = Q2 = Q3 = Q4 =4,5Ah.
Tính Etđ, rtđ, Qtđ, thời gian sử dụng Giải: Etđ = E1 + E2 = E3 + E4 = 1,5+ 1,5 =3V Qtđ = Q1 + Q3 = Q1 + Q4 = Q2 + Q3 = Q2 + Q4 = 4,5 + 4,5 = 9Ah (r1+ r2). Công – Công suất 4. Công: Dòng điện chạy qua bóng đèn làm bóng đèn sáng, chạy qua bếp điện, bàn ủi sinh ra nhiệt, chạy qua động cơ làm động cơ quay. Điều này có nghĩa là năng lượng điện có thể chuyển đổi thành các dạng năng lương khác: quang năng, nhiệt năng, cơ năng,….
Như vậy dòng điện đã thực hiện một công.t A: công của dòng điện được gọi là điện năng (J). Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 13 Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử U: điện áp (V) I: cường độ dòng điện (A) t: thời gian dòng điện chạy (s) R: điện trở (Ω) 1J = 1Ws 1KWh = 1000Wh = 3600000Ws = 3600000J 4.2 Công suất: Công suất của dòng điện là công của dòng điện sinh ra trong một đơn vị thời gian. CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG 1. Nguồn dòng điện mắc song song: Nguồn dòng điện mắc song song sẽ tương với một nguồn dòng duy nhất có giá trị bằng tổng đại số các nguồn dòng đó.
n Jtđ= jk k =1 i i j1 j2 j3 jtd= j1-j2-j3 Hình 1.9 Ví dụ: j1= 2 (A), j2= 3 (A), j3=1 (A) → j = 2-3-1 = -2 (A) Nguồn dòng điện j(t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và duy trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngoài. Điện trở ghép nối tiếpvà ghép song song: 2. Điện trở ghép nối tiếp: Điện trở ghép nối tiếp sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất có trị số bằng tổng các điện trở các phần tử đó. Dòng điện chạy qua mạch bằng với dòng điện chạy qua các phân tử.
- Hai điện trở ghép nối tiếp: R1 R2 Rtđ I I Hình 1.10 Giáo viên: Võ Thành Lâm Giáo Trình: Điện kỹ thuật 14 Trường Cao Đẳng Nghề An Giang Tổ Điện tử Rtđ = R1 + R2 Ví dụ: R1= 3 (Ω), R2= 2 (Ω), R3= 5 (Ω) ghép nối tiếp. Tính điện trở tương đương. Rtđ = R1 + R2 + R3 = 3+2+5 = 10 (Ω) - Có n điện trở ghép nối tiếp. R1 R2 R3 Rn Rtđ I I Hình 1.
Điện trở ghép song song: Điện trở ghép song song sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất 1 có điện dẫn bằng tổng điện dẫn các phần tử đó. Dòng R điện chạy qua mạch bằng tổng điện các nhánh. - Hai điện trở ghép song song: I I1 I2 I R1 R2 Rtđ Hình 1.R2 = + Hay Rtđ = Rtd R1 R2 R1 + R2 - Có n điện trở ghép song song. I I1 I2 I3 In I R1 R2 R3 Rn Rtđ Hình 1.13 1 1 1 1 1 = + + + + Rtd R1 R2 R3 Rn Ví dụ: R1= 20 (Ω), R2= 20 (Ω), R3= 10 (Ω) ghép song song.
Tính điện trở tương đương.