Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện dân dụng Trình độ Trung cấp)

1
BO GIAO THONG VAN TAI
TRUONG CAO DANG GIAO THONG VAN TAI TRUNG UONG I

GIAO TRINH
Mach dién

NGHE: DIEN DAN DUNG
TRINH DQ TRUNG CAP

eg]

Ban hành theo Quyết định số 1955/QĐ-CĐGTVTTWI-ĐT ngày 21/12/201
của Hiệu trưởng Trường Cao đăng GTVT Trung ương I
Hà Nội, năm 2017

COS

^



MỤC LỤC

MƠN HỌC MẠCH ĐIỆN

CHƯƠNG 1: MACH DIEN MOT CHIEU.
1.1.Dịng điện
1.1.1. Khái niệm vê dòng điện
1.1.2. Tác dụng của dòng điện
1.1.3. Cường độ và mật độ dòng điệ

1.2.Mạch điện

1.2.3. Nhánh, nút và mạch vòng của mạch điện:..

2.2. Định luật Jun - Lenxo (Joule -Lenzo ):
2.2.1. Định luật Jun - Lenxơ:.

9/212,5. ỦNg dụng:

2332: Định luật Kiếc - khốp 2 (Định luật thế sigh

9;:8:3..Bài:tập ỨNg dụ!

vong - KU).

suscssseiaeeiiiadiaAdiaecidnadi602d6

342: Nguồn điện một chiều ....

3.3. Dau ghép nguồn thành bộ:..
3.3.1. Đầu ghép nồi tiếp các nguôn áp thực
3.3.2. Đầu ghép song song các nguồn áp thực
3.3.3. Bài tập ứng dụng: .
4.1..Phương pháp dòng điện nhánÌ..............:

co các ă G22.

22 1.2 2244 0084016046164604016836
488/08 17

4.2. Phương pháp dòng điện vòng,
4.3. Phương pháp điện áp hai nút (Phương pháp điện tị

4.4. Phương pháp xếp chồng dòng điện
CHƯƠNG 2: TỪ TRƯỜNG - CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ.............................cccocccccccccccvvvcvvccvveeevvev 26
1.1. Khái niệm từ trường, đường cảm ứng tỪ............................--¿- + + +++xe+#kexrEkerrkrkrekrkerrke 26
1.1.1.Khái niệm từ trường
1.1.2. Đường

cảm ứng từ

1.2. Các đại lượng từ cơ bản
122.1: Sức từ động (L6 từ HOi:

cacccogiigiiiggiSgidáv000240ã361380546584G01443436134056051466306188 0 28

1:2:2.: Cường độ từ: HƯỜNHY cecsceeeiiiniidnidD
da EdAHdEALE0.6T00110015001868148140884005 4014631848110 28
1.2.3. Cường độ từ cảm:
1.2.4. Từ thông:


2
1.3. Từ trường của một số dây dẫn mang dòng điện
1.3.1. Từ trường của dòng điện trong dây dẫn thải
1.3.2. Từ trường của dong điện trong ống dây hình trụ
1.3.3. Từ trường của dòng điện trong khung dây tròn .............................-- - ¿+ c+++xe+exe+ 30
1.4. Lực tương tác...

1.5. Lực tác dụng giữa hai dây dân có dịng điện ....

1.5.1. Hai dây dẫn song song có dịng điện cùng ch
1.5.2. Hai dây dẫn song song có dịng điện ngược chiều....................----c:-5555cvzsssccvez 3
2.1. Khái niệm mạch từ. . . . . . -

- 5+ 5S St +32331215121212121111111111111111111111111111112
1x. 32

2.1.2. Phan loai mach ttr:...

2.2. Định luật dong dién toan pl
2.3. Tương quan B, H và đường cong từ hoá.
2.3.1. Tương quan B, H của các vật liệu sắt

2.3.2 Đường cong từ hố và chu trình từ hóa sắt từ:
3. Cảm ứng điện từ
3.1. Định luật cảm ứng

điện

3.2. Suất điện động (S014) G 5m TỮHDosoaassesirsoansdadiakiLiiA.40181013433864161363c05841313304433383
08838 36
3.3. Hiện tượng tự Cảm. . . . . . . . . .

- ¿6-5

tt

TH HT

TH

HH

ườn 37

3.4. Hiện tượng hỗ cảm
3.5. Dòng điện xoáy

CHUONG 3: MACH DIEN XOAY CHIEU.
1.1. Định nghĩa và ngun lý tạo ra dịng điện xoay chiêu hình sin.................................-.-- 4I

1.1.1. Dòng điện xoay chiều:
1.1.3. Phương pháp tạo ra dòng điện xoay chiêu hình sin .
1.2. Cách biểu diễn đại lượng xoay chiều hình sin............

1.2.1. Biều diễn bằng hàm số:..
1.2.3. Biều diễn bằng đồ thị véc tơ:
1.3. Mạch điện xoay chiều thuần trở.

1.4. Mạch điện xoay chiều thuần cảm...................
222-2222 2EE221111221111112711111271111122111. re.
1.5. Mạch điện xoay chiều thuần dung
1.6. Mạch điện xoay chiều có điện trở, điện cảm, điện dung mắc nơi tiêp..

1.7. Mạch điện xoay chiều có điện trở, điện cảm, điện dung mắc song song

1.7.1. Biểu diễn lượng hình sin bằng số phức
1.7.2. Các định luật phức
1.7.3. Giải mạch điện xoay chiêu băng phương pháp phức ............................----- 5+ <+++ 49

1.7.4. Cơng suất của dịng điện hình sin........................-------2222++22222EEEvvvvvrrrrrrrrrtrrrev 50


3
118..Hàiitập ỨHØ ÍWfỦf ‹eseeeassacssntsisosgitddlkiiG0518151800516146600045616150056861160181414103g345624108450248442g30XĨ 51

TAL LIEU THAM KHAO oicssessessssssssssssssssssssssssssssssssssesssssesssssssssesssesssesessssessesensescnececeeeeeeeeeeee 71

MON HOC MACH DIEN
Mã số mơn học: MH 08
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học: Mơn học được bồ trí sau khi
học sinh học xong các môn học chung, trước các mô đun nghề.

Đây là môn học

lý thuyết cơ sở giúp cho học sinh có khái niệm ban đâu về chuyên ngành điện.
Môn học cung câp những kiến thức cơ bản về các bộ phận câu thành mạch điện

một chiều và xoay chiều, những phương pháp biểu diễn và giải mạch điện từ
đơn giản đến phức tạp bằng các phương pháp khác nhau dựa trên những cơ sở lý

thuyết khác nhau. Học tốt môn học này, học sinh sẽ có cơ sở đề tiếp thu tốt hơn
các môn học cơ sở và chuyên ngành khác của chương trình đào tạo chuyên
ngành Điện dân dụng.


Mục tiêu mơn học:

* Về kiến thức:

- Trình bày được các định luật cơ bản về mạch điện, các phương pháp giải mạch
điện một chiều, xoay chiều.

~ Xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng, véc tơ cảm ứng điện từ và véc tơ lực

điện từ trong ống dây, day dẫn thing, vòng dây đặt trong từ trường nam châm
vĩnh cửu.

- Giải thích được một số hiện tượng điện từ trong các thiết bị điện dân dụng.

* Về kỹ năng:

- Vận dụng được các biểu thức đề tính tốn các thông số kỹ thuật trong

mạch điện một chiều, xoay chiéu, mach ba pha o trang thai xac lap.
- Phân tích được sơ đồ mạch đơn giản, biến đổi được mạch phức tạp thành
các mạch điện đơn giản.

*Về thái độ:

- Kiên nhẫn, tập trung, tỷ mỷ, chính xác, có tư duy sáng tạo, trách nhiệm.

Nội dung môn học:

sé

|

TT

Thời gian

|.

Tên chương mục

z

ree

|Lý

thuy

89° | &
I

Mạch điện một chiều

17

|10

| Thực
hanh

| Baitap
6

Kiêm

tra”
(LT

| hode
TH)
1

Khái niệm dòng điện và mạch điện

|2

2

0

0

Các định luật cơ bản về mạch điện

| 3

2

1

0

Nguôn điện

Thu

pháp giải mạch điện phức

II | Từ trường - Cảm ứng điện từ
Từ trường
Mạch từ
Cảm ứng điện từ

II | Mạch điện xoay chiều

Mach điện xoay chiêu | pha
Mach dién xoay chiéu 3 pha
Hệ sô công suât

Cong

9

3

4

2

|1

0

15

3
4
6

|12
4
4
4

|2
i
0
1

1
0
0
1

8
4

4
3

4
1

0
0

1

0

13
1

45

|8

| 30

4

5

13

1

0

0

2


CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

Mã chương: MH08.01
Giới thiệu:

Khái niệm, định nghĩa về dòng điện, mạch điện, nguồn điện là những khái

niệm, định nghĩa cơ bản nhất trong ngành điện. Khi tìm hiểu và giải các mạch
điện, chúng ta khơng thê bỏ qua các định luật cơ bản về mạch điện. Từ đó áp

dụng các định luật cơ bản này để giải các mạch điện từ đơn giản đến phức tạp
bằng các phương pháp thích hợp khác nhau, tùy theo đặc điểm của từng mạch cụ
thê. Chương đầu tiên này sẽ cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về
những điều đã đề cập ở trên.
Mục tiêu:


6
Trình bày được các khái niệm về dịng điện, mạch điện, nguồn điện và các
phương pháp giải mạch điện một chiều.
Giải được các mạch điện một chiều phức tạp.
Tuân thủ các bước giải mạch điện.
Tỉ mi, chính xác, có tư duy logic, trách nhiệm trong cơng việc.

Nội dung chính:

Khái niệm dịng điện và mạch điện
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm dòng điện và mạch điện.
- Xác định được số nhánh, nút, mạch vòng của một mạch điện đã cho.

1.1.Dòng điện

1.1.1. Khái niệm về dòng điện
trường.

Dòng điện là dòng chuyền dời có hướng của các điện tích trong điện

Tùy theo từng mơi trường khác
khác nhau. Ví dụ: Nếu trong kim loại
của các electron tự do; trong chất điện
các ion dương và ion âm; trong khơng
điện tích dương và điện tích âm ...

nhau mà bản chất dịng điện trong đó sẽ
thì dong điện là địng chun đời có hướng
phân là dịng chun đời có hướng của
khí là dịng chun dời có hướng của các

1.1.2. Tác dụng của dịng điện
Dịng điện có các tác dụng:

- Tác dụng nhiệt: Khi có dịng điện chạy qua các vật dẫn thì các vật dan bi

phát nóng. Người ta sử dụng tác dụng nhiệt của dịng điện đề chế tạo các thiết bị
như máy sây, nỗi cơm điện, lò nướng điện ..
- Tác dụng quang: Khi có dịng điện chay qua các vật dan thì các vật dẫn
bị phát sáng. Người ta sử dụng tác dụng quang của dịng điện đề chế tạo bóng
đèn sợi nung.

- Tác dụng hóa học: Khi có dịng điện chạy qua các dung dịch hóa học sẽ
làm cho tính chat héa học của chúng thay đổi.

oe ta su dung tac dung hoa
học của dòng điện dé điện phân, nap ắc quy ..
1.1.3. Cường độ và mật độ dòng điện
Người ta biểu diễn độ “mạnh”, “yếu” của dịng điện thơng qua tham số

cường độ dòng điện.

Cường độ dòng điện là trị số của dịng điện tính bằng tốc độ biến thiên

của lượng điện tích q qua tiết diện ngang của vật dẫn, đơn vị tính của cường độ

dịng điện là Ampe (A):

i== it

A

(-dì 1)

Chiều quy ước của dịng điện là chiều chuyển động của các điện tích

dương trong điện trường.


7

điện.

Trong tính tốn mạch điện, người ta cịn sử dụng khái niệm mật độ dòng

Mật độ dòng điện là trị sơ của dịng điện tính băng tốc độ biến thiên
của lượng điện tích q qua một đơn vị diện tích của tiết diện ngang của vật dân,

đơn vị tính của mật độ dòng điện là A/mmẺ.

Nếu tiết điện ngang của vật dẫn là S thì mật độ dịng điện o được tính:

dq
O= sa,
Mmm’

(1-2)

1.2.Mạch điện
1.2.1. Khái niệm về mạch điện `

-

Mạch điện là tập hợp các thiệt bị điện nôi với nhau bằng các dây dẫn tạo
thành mạch kín theo một quy luật đã được thiết kế trước, trong đó có dòng điện

chạy qua. Mạch điện thường bao gồm các phân tử: nguồn điện, phụ tải, dây dan.

Hình I- 1 là một ví dụ về mạch điện.

- Nguồn điện: Nguồn điện là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng khác

như cơ năng, nhiệt năng, hóa năng ... thành điện năng.

- Tải: Tải là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành

các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng..
- Dây dẫn: Dây dẫn làm bằng vật liệu dẫn điện tốt (đồng nhốm.. .) dùng
để truyền tải điện năng từ nguồn đến tải.

Dây dân
Hình 1.1: Mạch điện

Nguồn điện fs)

1.2.2. M6 hinh mach dién

“`

~N

9

„

Để tiện lợi khi tính tốn thiết kế và khảo sát các quá trình điện từ xảy ra

trong mạch điện người ta sử dụng mơ hình mạch điện. Mạch điện thực tế với các

thiết bị điện được thay thé bằng mô hình mạch với các phân tử lý tưởng đặc
trưng cho một q trình nào đó. Mơ hình mạch bao gồm:

- Các phân tử tích cực: ngn áp u(t), ngn dịng i(t) lý tưởng;

- Các phần tử thụ động: điện trở R, điện cảm L, điện dung C lý tưởng;

- Dây dẫn lý tưởng.

ie Nguén ap u(t).
Nguồn áp u(t) hay máy phát điện áp, còn được gọi là nguồn sức điện động

e(t) đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp khơng đồi trên hai
cực của ngn. Đặc tính quan trọng của nguồn áp là có điện trở nội r = 0 ©, hiệu

điện thế trên hai cực của nguôn là không đổi và không phụ thuộc vào giá trị phụ

tải. Ký hiệu quy ước của nguôn áp như hình 1-2, a. Ta có giá trị của nguôn áp:

u(t)= - e(t)

(1-3)


2. Nguồn dòng điện i(0).
Nguồn đòng điện i(t) hay máy phát dòng, đặc trưng cho khả năng tạo nên

và duy trì một dịng điện khơng đồi trong mạch. Đặc tính quan trọng của nguồn
dong là có nội trở r = œ © và giá trị của dịng điện trong mạch không phụ thuộc

vào phụ tải. Ký hiệu quy ước của nguồn dong chi ra trên hình I- 2, b.
Trên thực tế, các bộ
khi thay thế trong mơ hình
điện động e(t) mắc nối tiếp
nguồn dịng điện¡ (t) mắc

ett)

ae

nguồn đều có
mạch, chúng
với một một
song song với

một
được
điện
một

nội trở hữu hạn nảo đó. Do vậy,
biểu diễnở dạng một nguồn sức
trở r (hình I- 2 c), hoặc ở dạng một
điện trở r (hình 1- 2 d).


,

â

:

i) Ơ)

r

e


a)

qd)

Hinh 1-2. Ky hiu quy c ngun ỏp v nguồn dòng

a, b— Nguồn áp và nguồn dòng lý tưởng; c, d— Ngn áp và nguồn dịng thực tế
3. Điện trở R.
`
Điện trở R đặc trưng cho vật dẫn về mặt cản trở dòng điện. Về mặt năng
lượng điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và biến điện năng

thành các dang nang lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng, ...
Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện trở là: UR= Ri
(1-4)

Công suât thoát ra trên điện trở:
p=Ri?
Trong hé don vi SI don vi dién tro 1a 6m (Q).
i

(1-5)

R

o"\\/—0

Ký hiệu:

+ St

4. Cuộn dây L.
Là phân tử có khả năng tích — phóng năng lượng dưới dạng từ trường.
Một cuộn dây có dịng điện ¡ chạy qua sẽ sinh ra từ trường. Từ thơng gửi qua n

vịng của cuộn dây là W = n.®. Điện cảm của cuộn dây được định nghĩa là:

W _ n.®
i

i

Trong hệ đơn vị SI đơn vị điện cảm (L) là henri (H)
Năng lượng từ trường được tích lũy trên cuộn cảm:

Wu = SLỮ

ái

Quan hệ giữa dòng và áp trên cuộn cảm: u = Ù = (V)


9
L

o=/W_o
U

.

Ký hiệu:
ae
5. Tu dién C.
La phan tử có khả năng tích— phóng năng lượng dưới dạng điện trường.
Khi nối hai đầu của một tụ điện có điện dung C vào nguồn điện áp u, tụ điện sẽ
được tích điện. Độ lớn của điện tích q:
q=Cu
(1-6)
Trong hệ đơn vị SI đơn vị điện dung (C) là fara (F).
Năng lượng điện trường được tích lũy trên tụ điện:

We = +CU?

.

d

Quan hệ giữa dòng và áp trên tụ dién: i = C =

é
o=—| |—o

Ký hiệu:

(V)

+ị

6. Dạng các phân tử thụ động trên thực tế:

Trên thực tế khơng có phần tử nào là thuần điện tr@R, thuan dung C,
thuần cảm L cả. Đề tiện cho tính tốn giải mạch điện ta đã chấp nhận sai số mơ
hình coi các phần tử chỉ mang tính chất đặt trưng của chúng. Khi nghiên cứu
sâu, mơ hình chính xác hơn ta có thể mơ phỏng gần đúng c các phần tử như sau:

a. Phần tử điện trở:

b. Phần tử điện cảm:
c. Phần tử điện dung:

op

in.

7. Mơ hình mạch điện.

Mơ hình mạch điện là sơ đồ thay thế tương đương các phan | tử của mạch

điện bằng các phần tử mơ hình lý tưởng e, ¡, R, L, C sao cho kết cấu hình học và
các quá trình năng lượng xảy ra trong mạch giống nhưở mạch điện thực. Để
thiết lập mơ hình mạch ta phân tích các quá trình năng lượng xảy ra trong từng

phan tử mạch và thay thế chúng bằng các phần tử tương đương. Khi phân tích
cân chúý rằng, tùy thuộc vào điều kiện làm việc của mạch điện, đặc biệt là đải
tần công tác mà sơ đồ thay thế sẽ khác nhau.

Vĩ dụ: Ta xét một mạch điện thực tế gồm một máy phát cung cấp điện cho

phụ tải là một bóng đèn mắc song song với một cuộn dây theo sơ đồ hình 1-3, a.

Khi chuyên sang sơ đồ thay thế đối với dòng điện xoay chiều, máy phát điện

được thay thé bang (Ef ,Lf ,Rf). Phụ tải là bóng đèn thay thé bằng Rz, còn cuộn

dây bằng L, R; day dẫn nói giữa các phần tử được thay bang phần tử tập trung


10

Ld , Rd (hinh 1-3, b). Tuy nhiên khi chuyên sang sơ đồ thay thé đối với dòng
điện một chiều, do các phần tử kháng bằng không nên sơ đồ thay thế có dạng

đơn giản hơn (hình 1-3, c).

Rd
—

CUỘN|
DAY

EF

RF

4)

Rd

—

Ld

(BĨNG

ĐIỆN

Hình I- 3 . Mạch điện và mơ hình mạch điện
a—So dé thuc té.
b—So d6 tuong duong cho mach dién xoay

(JR [hà

c— Sơ đồ tương đương cho mạch điện một

Rd

chiều.

€)

1.2.3. Nhánh, nút và mạch vòng của mạch điện:
Nhánh (n): Là một đoạn của mạch điện chỉ bao gồm các phân tử của mạch

điện mắc nối tiếp
Nút (đ): Là
Mạch vịng
của mạch điện.
Ví dụ: Cho mạch

6.

với nhau và có dịng điện đi qua.
nơi giao nhau của từ 3 nhánh mạch điện trở lên.
(c) - cịn được gọi là “mắt”: Là lối đi khép kín qua các nhánh

điện như trên hình 1-4:

3

Hình 1- 4. Mach dién va cac nhanh, nut, mach vong

Mạch bao gồm 5 nhánh (n = 5) AB, AC, CB, CD và BD; kết nối với nhau

tạo thành 4 nut (d = 4) A, B, C va D; mach có 3 mạch vong (ACBA), (BCDB)

va (ACDBA).

Các định luật cơ bản về mạch điện

Mục tiêu:
- Trinh bay được nội dung các định luật đã học.


11

- Ap dụng được các định luật để giải các bài tốn về mạch điện thơng
thường.

2.1.Định luật Ơm

2.1.1 Định luật Ôm cho đoạn mạch:
Xét một đoạn mạch như trên hình 1.5:
Điện áp đặt lên hai đầu đoạn mạch có giá trị U, điện trở tương đương của
đoạn mạch có giá trị là R, dịng điện chạy trong đoạn mạch có giá trị là I.

le

R
Hình 1.5: Định luật Ơm cho đoạn mạch.

Định luật Ôm cho đoạn mạch phát biểu như sau:
Trong một đoạn mạch kín, dịng điện đi qua đoạn mạch tỷ lệ thuận với

điện áp đặt trên hai đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn

mạch đó.

2.1.2 Định luật Ơm cho tồn mạch:
Xét một mạch điện như trên hình 1.6:

Nguồn điện của mạch có giá trị sức điện động (s.đ.đ) là E, điện trở tương
đương của tồn mạch có giá trị là Rtm. dịng điện chạy trong mạch chính có giá
trị là I.

Hình 1.6: Định luật Ôm cho toàn mạch.
Định luật Ôm cho toàn mạch phát biểu như sau:
Trong một mạch điện kín, dịng điện đi qua mạch chính tỷ lệ thuận voi s.d.d

bộ ngn của mạch điện và tỷ lệ nghịch với điện trở của toàn mạch.

~ Rtm

Vi dụ: Cho mach điện như hinh 1.6. Biét E = 24 V, Rem = 12 Q. Tinh gia tri
dịng điện I.

Giải: Theo định luật Ơm cho tồn mạch, ta có:
E

Đáp số: I=2A.

24

“Rim 127 74

2.2. Định luật Jun- Lenxơ Uoule -Lenzo ):
Đây là định luật cơ bản về môi quan hệ giữa điện và nhiệt, sử dụng để tính
tốn nhiệt lượng cung cấp (hoặc tỏa ra) cho các thiết bị khi có dịng điện đi qua.


2.2.1. Định luật Jun - Lenxơ:

Nội dung định luật: Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dịng điện chạy

qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dịng điện, với điện trở của dây dẫn

và thời gian dòng điện chạy qua.
Biểu thức của định luật Jun -Len-Xơ:

Q= ÉRt

Trong đó: _ I: Tinh bang ampe (A); R: Tinh bang 6m (Q)
t: Tinh bằng giây (s) thì Q đo bằng jun (J)
Nếu đo nhiệt lượng Q bằng đơn vị calo thì biêu thức của định luật Jun-Len-Xo

sẽ là: Q=0,24.Rt
2.2.2. Ứng dụng:

„

Một bài toán được đặt ra là: Một âm điện có ghi 220V-1000W được sử

dụng với hiệu điện thế 220V để đun sơi 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu t, = 20°C.

Bỏ qua nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm và nhiệt lượng toả ra môi trường. Tinh thoi
gian đụn sôi nước, biết nhiệt dụng riêng của nước c = 42001/kg.K.

Đề giải bài toán này ta áp dụng định luật bảo toàn năng lượng và định luật
Jun - Lenxơ.

Theo định luật bảo toàn năng lượng: Năng lượng do nguồn điện sinh ra

(A) bằng với nhiệt lượng (Q) mà 2 lít = 2kg nước nhận được đề làm tăng nhiệt

độ từ tị = 20C lên ty = 100C. Ta có: A =Q
A=P.t= 1000.t
Q =.R.t= m.c.(t; - tị) = 2.4200.(100 - 20)

>t= me.(t,~t,) 2.4200.80 = 672(s)

P

giây.

1000

Như vậy thời gian đê đun sơi nước trong bài tốn đặt ra là II phút 12

2.3. Định luật Kiếc - khốp (Kirchoff):

;

Định luật Kiêc - khôp 1 va 2 là hai định cơ bản đê nghiên cứu và tính tốn

mạch điện.

2.3.1. Định luật Kiếc - khốp 1 (Định luật dòng điện điểm nút - KI)

Nội dung định luật: Trong mạch điện, tổng đại số các dịng điện tại một

nút bằng khơng: }ï = 0
Trong đó quy ước các dịng điện có chiều đi tới nút sẽ mang dấu
dương,các dịng điện có chiều rời khỏi nút sẽ mang dấu âm.
„
Ví dụ: Tại nút A hình 1.7, định luật Kiêc khơp 1 được việt:

iu+iz-ls—l¿=0

Hình 1.7: Định luật KI

2.3.2. Định luật Kiếc - khốp 2 (Định luật thế mạch vòng - KU). `

Nội dung định luật: Trong một mạch vịng khép kín, theo chiêu đã
chọn, tơng đại sơ các điện áp rơi trên các phân tử R, L, C bằng tông đại sô các
=

nguon s.d.d co trong mach vong do. YR, Uy = Y

m

Bị

at
ig
:
Trong đó những sức điện động và dịng điện có chiêu trùng với chiêu của
mạch vòng sẽ mang dâu dương, ngược lại mang dâu âm (chiêu điện áp rơi trên

các phân tử trùng với chiêu dịng điện đi qua phân tử đó).
—
„
Ví dụ: Đơi với vịng kín C trong hình 1.8, định luật Kiêc - khơp 2 sẽ được viêt:

Hình 1.8: Định luật Kiếc khốp 2 (KU)

R, i; + Ro ip — R3 is + Rgig= — €2 — €3 + €4
Cach phat biéu thứ 2 của định luật Kiếc - khốp 2: Trong một mạch vịng khép
kín, tong dai số các điện áp rơi trên các phần tử trong mạch vịng bằng

khơng (trong đó chiều của các điện áp rơi trên các nguồn sức điện động ngược
với chiều của s.đ.đ đó).

Biểu thức của định luật Kiếc - khốp theo cách phát biểu thứ 2 của mạch vịng đã
chọn trên hình 1.8 được viết:
R, i, + Ro i; — R3 iz + Ryig+ e; + ©; - e¿=Ú

2.3.3.Baitapingdung:

-

- Bài 1: Dùng định luật Ôm đê tính dịng điện I trong mạch điện hình

1.1BT:

Biét: U = 80V, R = 1.250, Rị=6o, Rạ= 10G.

eS

R

Hinh 1.1 BT
Me

R1

Rt
- Bài 2:
Cho mạch điện trên hình 1.2 BT.

Biết: E¡ = 200V, E;= 600V

-ø6

R2

Ra
|

|


14
Ri=26, R;= 109, Rạ= 209

-

„

Xác định sô nhánh, nút, mạch vòng của mạch điện và dùng định luật Kiêc - khơp

đê tính dịng điện trong các nhánh?

- Bài 3:

7

Cho mạch điện trên hình 1.3 BT.

Biết:

Bị= 12V, Ea= 24V, E:=

15V

Ri=3o,R¿=6o,R:=90,

R¿=4o, R:=

O

102

Tính dịng điện trong các nhánh?

7
Ra

et

©

E2

s

a

Hinh 1.3 BT
- Bài 4: Xác định số nhánh, nút, mạch vịng và tìm dịng điện trong các

nhánh ở mạch điện hình 1.4 BT.

Nguồn điện

Hình 1.4 BT

Mục tiêu:
`
.
;
-Trinh bay được khai niệm các loại nguôn điện một chiêu, xoay chiéu.
- Dau ghép được nguôn thành bộ đê có bộ ngn đạt các u câu kỹ thuật.

3.1. Khái niệm nguồn điện:

‹

‹

-

TS.

Là thiệt bị tạo ra điện năng. Về nguyên lý, nguôn điện là thiệt bị biên đôi
các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng,... thành điện năng.
Ví dụ:

- Máy phát điện,

Hình 1.9: Máy phát điện là nguồn điện

- Ac quy,

E3


Hình 1.10: Ác - quy là ngn điện
- Pin mặt trời...

in mặt trời là nguôn điện

3.2. Nguồn điện một chiều
Là loại nguồn điện cung cấp dòng điện một chiều cho phụ tải. Nguồn điện
một chiều có thê là máy phát. điện một chiều, ắc — quy, pin mặt trời.
Điện cực

'Van an tồn,
Vẻ bình

La cựcâm

Hình 1.12: Một số loại nguồn điện một chiều thông dụng

3.3. Đấu ghép nguồn thành bộ:
Nguyên tắc đấu ghép nguồn thành bộ (ta sẽ dùng ký hiệu của nguồn điện

trong quá trình khảo sát việc đầu ghép nguôn thành bộ):

3.3.1. Đấu ghép nối tiếp các nguồn áp thực tế:
_—

elp(+)

el) (+) e[

A

e(t)

EW)


Hình 1.13: Đấu ghép nói tiếp các nguồn áp

Xét trường hợp có n nguồn áp (khi mắc nguồn thành bộ nên chọn các
nguồn có giá trị s.đ.đ và dung lượng ngn giong nhau) có giá trị s.đ.đ của
ngn là e(f), nội trở của nguôn là r, mặc nôi tiêp với nhau như ở hình 1.13. Khi
đó ta sẽ được một nguồn điện tương đương có giá trị s.đ.đ là E(t), nội trở của
nguồn tương đương là R. Trong đó:
TL

E(t) = Ye
k=1

R= a
k=1

Từ các biểu thức trên ta thấy:
Khi mắc nối tiếp các nguồn áp, s.đ. đ tương đương của bộ nguôn tăng lên,
đồng thời nội trở tương đương của bộ nguồn cũng tăng lên, do vậy dung lượng
(số A.h) của bộ nguồn không tăng.

3a _2. Đấu ghép song song các nguồn áp thực tế:

Hình 1.14: Đấu ghép song song các nguồn áp

Xét trường hợp có n ngn áp (khi mắc nguồn thành bộ nên chọn các
nguồn có giá trị s.đ.đ và dung. lugng nguon gidng nhau) co gia tri s.d.d cua
nguôn là e(t), nội trở của nguôn là r, mắc song song với nhau như ở hình 1.14.
Khi đó ta sẽ được một ngn điện tương đương có giá trị s.d.d la E(t), ndi tra
của nguồn tương đương là R. Trong đó:

EQ) =e();

R=-

r

Tir cdc biéu thức trên ta thấy:
Khi mắc nối tiếp các nguồn áp, s.đ.đ tương đương của bộ nguồn không

thay đổi, nhưng nội trở tương đương của bộ nguôn giảm đi n lần, do vậy dung
lượng (số A. h) của bộ nguôn sẽ được tăng lên.


Kết luận:

Khi cần tăng s.đ.đ của bộ nguồn ta thực hiện mac nối tiếp các bộ nguồn,
khi cần tăng dung lượng cho bộ nguôn ta thực hiện mắc song song các nguôn áp

với nhau. Khi cân tăng cả giá trị s.đ.đ và dung lượng của bộ nguôn ta thực hiện
mắc hỗn hợp các nguôn áp với nhau.

3.3.3. Bài tập
- Bài 1: Một ắc
ghép để được một bộ
tải định mức là 3 A.
- Bài 2: Một ắc
ghép để được một bộ
tải định mức là 2 A.

ứng dụng:
quy có Udm = 12 V, dung lượng 5 A.h; hãy tiến hành đâu
nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có địng
quy. có Udm= 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đầu
nguồn một chiều có Udm = 48 V, cung cấp cho tải có địng

- Bài 3: Một ắc quy có Udm = 20 V, dung lượng 45 A.h; hãy tiền hành

dau ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có

địng tải định mức
- Bài 4: Một
ghép để được một
tải định mức là 30

là 25 A.
ắc quy có Udm = 20 V, dung lượng 2 A.h; hãy tiến hành đầu
bộ nguồn một chiều có Udm = 20 V, cung cấp cho tải có dịng
A.

- Bai 5: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiền hành đấu

ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 12 V, cung cấp cho tải có dòng

tải định mức là 20 A.

- Bài 6: Một ắc quy có Udm

= 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đầu

ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm

tải định mirc 1a 15 A.

= 60 V, cung cấp cho tải có dịng

- Bài 7: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu

ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 48 V, cung cấp cho tải có dòng

tải định mức là 25 A.
- Bài
8: Một viên pin Cd-Ni có Udm = 1,2 V, dung lượng 500 mA.h; hãy

tiến hành dau ghép đề được một bộ nguồn một chiều có Udm = 3,6 V, cung cấp
cho tải có dòng tải định mức là 1,5 A.
- Bài 9: Một viên pin có Udm = I,Š V, dung lượng 150 mA.h; hay tiến

hành đầu ghép đề được một bộ nguồn một chiều có Udm = 12 V, cung cấp cho

tải có dịng tải định mức là I A.
Phương pháp giải mạch điện phức tạp

Mục tiêu:

điện.

~ Trình bày được nội dung và đặc điểm của các phương pháp giải mạch
- Vận dụng đề giải được các bài tập mạch điện phức tạp.

4.1. Phương pháp dòng điện nhánh
4.1.1. Phương pháp giải:

Phương pháp dòng nhánh áp dụng định luật Kiếc khốp 1 và 2 đề viết các

phương trình với các ân số là dòng điện các nhánh. Các bước giải:

1 — Xác định số nhánh, nút và mạch vòng của mạch điện đã cho.


18

2 ~ Viết (d-1) phương trình định luật Kiéc khép 1 (KI)
3 - Viết (n-d+1) phương trình định luật Kiếc khốp 2 (KU)

4 - Giải hệ n phương trình đê tìm ra các dịng điện nhánh và các đại lượng

khác theo yêu cầu.
Vi du: Tim dong điện i(t) trong mạch hình 1-15 bằng phương pháp dịng điện
nhánh. Với giá tị các điện trở cho trên hình và e(t)= 6sin (100øt) (V).

i(t)

A.

Hinh 1.15: Giai mach dién bang phuong

phap dong dién nhanh.

- Xie định sơ nhánh, nút, mạch vịng: n= 6; d= 4; c= 7

- Viết d -] phương trình định luật KI:

+ Cho nút A: i(t) + il —i5 =0

()

+ Cho nút C: - il —i2-i13 =0

(2)

+ Cho nút D: 12 + ¡4 + i5 =0
(3)
- Viétn—d+1 phuong trinh dinh luat KU: Ta xac dinh va chon cac mach vong I,

I, HI thuận chiêu kim đơng hồ như trên hình 1.15.

+ Cho mach vong I:

i(t).R —il.R1 + i3.R3 =e(t)

+ Cho mạch vòng lI:
il.R1 —i2.R2 +i5.R5=0

+Cho mach vong III:
i2.R2 —i3.R3 —i4.R4=0
Giải hệ 6 phương trình (1), (2), (3), (4), (5). (6) tim ra i(t) ta được:

(4)
(5)
(6)

1) ~2,24 sin (I00ø0) A
4.1.2. Bài tập ứng dụng:

Bài 4.1.1. Tìm dịng điện trong các nhánh ở mạch điện hình 1.6BT.

II

T———Tt
L—†

109

40Q

{2
ft )iv

0,4V

Hinh 1.6BT

_

Bai 4.1.2. Cho mach hinh 1.7BT. Tinh dong va áp trên các phân tử điện trở bang
phuong phap dong dién nhanh.
_ xe)
TT
m

38V a” ` Q

"

30
Hình I.7BT

Bài 4.1.3. Xác định ul và công suất tiêu tán trên điện trở 8O ở mạch điện hình

1.8BT.