Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản

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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

4


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

5


I.0. Khái niệm về mạch điện

01/2015

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

6


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

7


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

8


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

9


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

10


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

11


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

12


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

13


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

14


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

15


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

16


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

17


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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

18


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:
01/2015

I1  I 2  I3  I 4  I5  0

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

19


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  VC  V2  VL  V3  i.R2  V1  0
01/2015

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

20


 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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

21


 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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

22


 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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

23


 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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

24


 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

Chương 1: Tổng quan về mạch điện, các định luật cơ bản.

25