Giáo trình Lý thuyết mạch - Nghề: Điện tàu thủy, điện công nghiệp, điện dân dụng, công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: LÝ THUYẾT MẠCH
NGHỀ: ĐIỆN TÀU THỦY, ĐIỆN CÔNG
NGHIỆP, ĐIỆN DÂN DỤNG, CÔNG NGHỆ KỸ
THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số ...... QĐ/ ngày .....tháng......năm....của........)
Hải Phòng, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình “Lý thuyết mạch” được biên soạn trên cơ sở đề cương chi tiết
môn học “Lý thuyết mạch” dùng cho sinh viên các chuyên ngành điện Trường Cao
đẳng Hàng Hải I.
Giáo trình cung cấp các kiến thức cơ bản về mạch điện, phương pháp tính
toán mạch điện, dòng điện hình sin, mạch ba pha, mạng hai cửa tuyến tính không
nguồn. Giáo trình này có thể làm tài liệu cho giảng viên giảng dạy, học sinh - sinh
viên các trường kỹ thuật. Nội dung giáo trình bao gồm 4 chương:
Chương 1: Khái niệm cơ bản về mạch điện
Chương 2: Mạch điện tuyến tính ở chế độ xác lập điều hòa
Chương 3: Các phương pháp phân tích mạch điện
Chương 4: Mạch ba pha
Tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tập thể các thầy, cô giáo khoa
Điện - Điện tử trường Cao đẳng Hàng hải I đã động viên và đóng góp nhiều ý kiến
cho giáo trình này. Trong quá trình biên soạn giáo trình không thể tránh khỏi
những sai sót. Rất mong các thầy, cô giáo, bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình
được hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ Khoa Điện - Điện tử
Trường Cao đẳng Hàng Hải I, số 498 Đà Nẵng - Đông Hải I - Hải An - Hải
Phòng.
Hải Phòng, ngày 09 tháng 10 năm 2017
Tham gia biên soạn
Chủ biên: Hà Thị Hồng Thúy
3
MỤC LỤC
Lời giới thiệu............................................................................................................. 3
Mục lục...................................................................................................................... 4
Danh mục hình vẽ ..................................................................................................... 5
Chương 1: Khái niệm cơ bản về mạch điện............................................................ 10
1. Mạch điện và kết cấu hình học của mạch điện ................................................... 10
2. Các phần tử và thông số cơ bản của mạch điện .................................................. 11
3. Các định luật cơ bản của mạch điện.................................................................... 16
4. Các phép biến đổi tương đương.......................................................................... 19
2. Biểu diễn đại lượng hình sin bằng véc tơ............................................................ 31
5. Công suất mạch điện xoay chiều hình sin........................................................... 44
1. Phương pháp dòng điện mạch nhánh .................................................................. 49
2. Phương pháp dòng điện mạch vòng.................................................................... 51
3. Phương pháp điện áp hai nút............................................................................... 53
4. Các phương pháp biến đổi mạch......................................................................... 55
5. Nguyên lý xếp chồng........................................................................................... 65
Chương 4: Mạch ba pha .......................................................................................... 69
1. Khái niệm chung ................................................................................................. 69
2. Các cách mắc mạch ba pha ................................................................................. 72
3. Giải mạch điện ba pha........................................................................................................76
4. Công suất mạch ba pha......................................................................................................83
Tài liệu tham khảo................................................................................................... 88
4
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ mạch điện...................................................................................... 10
Hình 1.3. Nguồn dòng điện..................................................................................... 12
Hình 1.4. Điện trở R................................................................................................ 12
Hình 1.5. Cuộn dây L.............................................................................................. 13
Hình 1.6. Tụ điện C................................................................................................. 13
Hình 1.7. Chiều dòng điện ...................................................................................... 15
Hình 1.8. Định luật Ohm cho đoạn mạch ............................................................... 16
Hình 1.9. Định luật Ohm cho toàn mạch ................................................................ 16
Hình 1.10................................................................................................................. 18
Hình 1.11................................................................................................................. 19
Hình 1.12a. Các tổng trở mắc nối tiếp .................................................................... 20
Hình 1.13a. Các tổng trở mắc song song ................................................................ 20
Hình 1.14. Biến đổi sao - tam giác ( - ) ............................................................. 21
Hình 1.15. Biến đổi tam giác - sao ( -) ............................................................. 23
Hình 1.16................................................................................................................. 24
Hình 1.17................................................................................................................. 24
Hình 1.18b............................................................................................................... 25
Hình 1.19................................................................................................................. 26
Hình 1.20................................................................................................................. 26
Hình 1.21................................................................................................................. 27
Hình 2.1. Pha đầu của dòng điện và điện áp........................................................... 29
Hình 2.2. Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp ................................................. 30
Hình 2.3a. Biểu diễn đại lượng hình sin bằng véctơ............................................... 32
Hình 2.3b................................................................................................................. 32
Hình 2.4. Đồ thị véctơ các dòng điện...................................................................... 33
Hình 2.5a. Biểu diễn số phức dạng lượng giác....................................................... 34
Hình 2.5b. Biểu diễn số phức trong hệ tọa độ 0xy.................................................. 36
Hình 2.5c. Quan hệ giữa các dạng của số phức ...................................................... 37
5
Hình 2.9c. Tam giác tổng trở .................................................................................. 44
Hình 2.10. Công suất tức thời p(t) của mạch điện .................................................. 45
Hình 2.11................................................................................................................. 46
Hình 2.12................................................................................................................. 47
Hình 2.13................................................................................................................. 47
Hình 2.14................................................................................................................. 47
Hình 3.1. Dòng điện mạch nhánh............................................................................ 49
Hình 3.2. Dòng điện mạch vòng ............................................................................. 51
Hình 3.3. Điện áp hai nút ........................................................................................ 53
Hình 3.4................................................................................................................... 53
Hình 3.5a. Các nhánh nối tiếp................................................................................. 55
Hình 3.6b................................................................................................................. 57
Hình 3.7a. Các nhánh mắc song song ..................................................................... 58
Hình 3.8b................................................................................................................. 61
Hình 3.9b................................................................................................................. 63
Hình 3.10b. Nguồn sức điện động e1 tác động........................................................ 65
Hình 3.10c. Nguồn sức điện động e2 tác động........................................................ 66
Hình 3.11................................................................................................................. 67
Hình 3.12................................................................................................................. 67
Hình 3.13................................................................................................................. 68
Hình 4.2a. Trị số tức thời sức điện động ba pha..................................................... 70
Hình 4.2b. Đồ thị véctơ sức điện động ba pha........................................................ 71
Hình 4.3a. Mạch điện ba pha nối hình sao (Y) ....................................................... 72
Hình 4.4a. Mạch ba pha nối hình tam giác () ....................................................... 73
Hình 4.5. Mạch ba pha đối xứng phức tạp.............................................................. 75
Hình 4.6. Mạch ba pha không đối xứng.................................................................. 75
6
đường dây................................................................................................................ 78
Hình 4.14. Mạch ba pha không đối xứng tải nối sao có dây trung tính, tổng trở.......
các dây dẫn pha ....................................................................................................... 83
Hình 4.15................................................................................................................. 86
Hình 4.16................................................................................................................. 86
7
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC
Tên môn học: Lý thuyết mạch
Mã môn học: MH.6520228.07; MH.6520227.07; MH.6520226.07;
MH.6510305.07
Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ; (Lý thuyết 28 giờ; Thực hành, thí nghiệm.
thảo luận, bài tập: 00 giờ; Kiểm tra: 02 giờ)
Vị trí, tính chất của môn học, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí:
+ Lý thuyết mạch là môn cơ sở chung của các chuyên ngành điện tàu thủy,
điện dân dụng, điện công nghiêp, điện tự động;
+ Môn học có thể bố trí trước hoặc sau các môn cơ sở khác và trước các mô
đun nghề.
- Tính chất: Môn học nghiên cứu các phần tử của mạch điện, mối quan hệ
giữa dòng điện và điện áp trong một nhánh, các phương pháp phân tích mạch ở chế
độ xác lập điều hòa, mạch ba pha, mạng hai cửa.
- Ý nghĩa và vai trò của môn học: Đây là môn học cơ sở ngành, cung cấp cho
người học các kiến thức về mạch điện.
Mục tiêu của học phần:
- Về kiến thức:
+ Trình bày được kết cấu của mạch điện, các đại lượng đặc trưng cho quá
trình năng lượng của mạch;
+ Trình bày được các định luật cơ bản của mạch điện;
+ Trình bày được một số phương pháp giải mạch điện.
- Về kỹ năng:
+ Phân biệt được các mạch điện gặp trong thực tế;
+ Tính toán được các thông số của mạch điện cụ thể.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Có ý thức rèn luyện, vận dụng kiến
thức đã học vào thực tế.
Nội dung môn học:
8
BÀI MỞ ĐẦU
Ngày nay điện năng được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực vì những ưu điểm:
Điện năng được sản xuất tập trung với các nguồn công suất lớn
Điện năng có thể truyền tải được đi xa với hiệu suất cao.
Dễ dàng biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác.
Nhờ điện năng có thể tự động hóa mọi quá trình sản xuất nâng cao năng suất
lao động.
So với các dạng năng lượng khác như: cơ, nhiệt, thủy, khí … điện năng
được phát triển chậm hơn vì con người không cảm nhận trực tiếp được các hiện
tượng điện từ. Tuy nhiên, với việc phát hiện và sử dụng điện năng đã thúc đẩy cách
mạng khoa học công nghệ tiến như vũ bão sang kỷ nguyên điện khí hóa, tự động
hóa.
Những nghiên cứu đầu tiên về hiện tượng điện từ được công bố từ năm
1600. Năm 1973 M.V. Lomonosov công bố quan sát và lý thuyết điện khí quyển.
Năm 1785 Ch. Coulomb nghiên cứu hiện tượng tĩnh điện. Năm 1800 A.Volta chế
tạo chiếc pin đầu tiên. Năm 1819 C.H. Oersted nghiên cứu tác dụng cơ học của
dòng điện. Năm 1820 A.M. Ampere nghiên cứu lực điện từ. Năm 1826 G.S. Ohm
đề xuất về dòng điện trong mạch không phân nhánh, năm 1847 G.R. Kirchhop lập
công thức giải mạch điện phân nhánh. Phát minh lớn nhất về lĩnh vực điện từ thuộc
về M. Faraday với định luật cảm ứng điện từ vào năm 1831. Năm 1835 E.H. Lentz
xác định chiều dòng điện cảm ứng. Định luật cảm ứng điện từ là cơ sở lý luận cho
hàng loạt các động cơ, máy phát điện, dụng cụ đo và các thiết bị khác.
Năm 1873 J.C.Maxwell xây dựng công trình lý thuyết trường điện từ, tiên
đoán sự tồn tại của sóng điện từ. Năm 1888 H. Hertz thử nghiệm truyền sóng điện từ.
Ngày nay công nghệ điện tử, viễn thông, tin học phát triển rất mạnh theo
phương pháp số và một trong nền tảng của chúng chính là lý luận về mạch điện
tuyến tính. Sự hoạt động của các thiết bị điện năng được sản xuất đều dựa trên cơ
sở lý thuyết của mạch điện. Vì vậy môn học Lý thuyết mạch điện là một môn học
rất quan trọng đối với sinh viên cao đẳng nghề điện. Nó là cơ sở để người học có
thể nghiên cứu các quá trình năng lượng diễn ra trong mạch từ đó có thể phân tích
được nguyên lý hoạt động của các thiết bị điện năng, linh kiện điện tử …
9
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
MH.6520228.07.01; MH.6520227.07.01;
MH.6520226.07.01; MH.6510305.07.01
Giới thiệu:
Mạch điện là một tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn tạo
thành những vòng kín trong có dòng điện có thể chạy qua. Mạch điện được đặc
trưng bởi các phần tử và các thông số cơ bản của mạch điện.
Mục tiêu:
- Nhận biết được kết cấu của một mạch điện, các phần tử của mạch điện;
- Vận dụng được các định luật cơ bản của mạch điện để thành lập phương
trình cho mạch điện;
- Biến đổi được các mạch điện phức tạp về mạch điện đơn giản để tính toán
các thông số.
Nội dung chính:
1. Mạch điện và kết cấu hình học của mạch điện
1.1. Khái niệm mạch điện
Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn tạo thành
những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy qua.
Hình 1.1. Sơ đồ mạch điện
Mạch điện thường gồm những phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải), dây dẫn.
Hình 1.1. là một ví dụ về mạch điện, trong đó: nguồn điện là một máy phát điện
MF, tải gồm động cơ điện ĐC và bóng đèn Đ, các dây dẫn truyền tải điện năng từ
nguồn đến tải.
a. Nguồn điện
10
Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên lý nguồn điện là thiết bị
biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng … thành điện
năng.
Ví dụ như: pin, ắc quy biến đổi hóa năng thành điện năng, máy phát điện biến
đổi cơ năng thành điện năng, pin mặt trời biến đổi năng lượng bức xạ mặt trời
thành điện năng
b. 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. Ví dụ như động cơ biến đổi
điện năng thành cơ năng, bàn là, bếp điện biến đổi điện năng thành nhiệt năng,
bóng điện biến đổi điện năng thành quang năng …
1.2. Kết cấu hình học của mạch điện
a. Nhánh
Nhánh là bộ phận của mạch điện gồm các phần tử nối tiếp nhau trong đó có
dòng điện chạy qua. Trên hình 1.1. có 3 nhánh đánh số 1, 2, 3.
b. Nút
Nút là chỗ gặp nhau của 3 nhánh trở lên. Trên hình 1.1 có 2 nút ký hiệu là A, B.
c. Vòng
Vòng là lối đi khép kín qua các nhánh. Mạch điện trên hình 1.1. tạo ra 3 vòng
a,b,c.
2. Các phần tử và thông số cơ bản của mạch điện
2.1. Các phần tử cơ bản của mạch điện
a. Nguồn điện áp u(t)
Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp trên hai
cực của nguồn. Nguồn điện áp được ký hiệu như hình 1.2a và được biểu diễn bằng
một sức điện động e(t) hình 1.2b. Chiều e(t) từ điểm có điện thế thấp đến điểm có
điện thế cao. Chiều điện áp quy ước từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế
thấp, vì điện áp đầu cực nguồn ngược với chiều sức điện động. Điện áp đầu cực
u(t) sẽ bằng sức điện động e(t):
u(t) = e(t)
(1.1)
11
e
u(t)
u(t)
a. Nguồn sức điện động
b. Nguồn điện áp
Hình 1.2. Nguồn sức điện động và nguồn điện áp
b. Nguồn dòng điện j(t)
J(t)
Hình 1.3. Nguồn dòng điện
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. Nguồn dòng điện được ký hiệu như
hình 1.3
c. Điện trở R
R
i
UR
Hình 1.4. Điện trở R
Cho dòng điện I chạy qua điện trở R (hình 1.4) và gây ra điện áp rơi trên điện
trở uR.
Theo định luật Ohm quan hệ giữa dòng điện i và điện áp uR :
uR R.i
(1.2)
1
g
Người ta còn sử dụng khái niệm điện dẫn
R
12
Công suất tiêu thụ trên điện trở:
p u.i R.i2
Như vậy điện trở R đặc trưng cho công suất tiêu tán trên điện trở. Đơn vị của
điện trở là (Ôm). Đơn vị của điện dẫn là S(simen):
1
S
Điện năng tiêu thụ trên điện trở R trong khoảng thời gian t là:
t
t
A pdt Ri2dt , khi i = const có A Ri2t
0
0
Đơn vị của điện năng là Wh(oát giờ), bội số của nó là kWh
d. Điện cảm L
eL
i
UL
Hình 1.5. Cuộn dây L
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây có w vòng sẽ sinh ra từ thông móc vòng
với cuộn dây:
.
Điện cảm của cuộn dây được định nghĩa:
i
i
L
Đơn vị của điện cảm là Henry (H)
Nếu dòng điện i biến thiên thì từ thông cũng biến thiên và theo định luật cảm
ứng điện từ trong cuộn dây xuất hiện sức điện động tự cảm (Hình 1.5)
d
dt
di
dt
eL
L
Điện áp trên cuộn dây:
Công suất trên cuộn dây:
di
uL eL L
(1.3)
dt
di
pL uLi L
dt
13
Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây:
t
t
1
M pLdt Lidi Li2
2
0
0
Như vậy điện cảm L đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng từ trường
của cuộn dây.
e. Điện dung C
C
i
UC
Hình 1.6. Tụ điện C
Khi đặt điện áp uc lên tụ điện có điện dung C thì tụ điện sẽ được nạp với điện
tích q (hình 1.6).
q C.uc
Nếu điện áp uc biến thiên sẽ có dòng điện chuyển dịch qua tụ điện
duc
dt
dq
d
i
(Cuc ) C
(1.4)
dt dt
t
1
uc
idt
C
0
Từ đó suy ra:
Nếu tại thời điểm t = 0 mà tụ điện đã có điện tích ban đầu thì điện áp trên tụ
điện là:
t
1
uc
idt uc (0)
C 0
Công suất trên tụ điện:
duc
pc uci Cuc
dt
Năng lượng tích lũy trong điện trường của tụ điện:
t
u
1
WE pcdt Cucduc Cuc2
2
0
0
Vậy điện dung C đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng điện trường
trong tụ điện. Đơn vị của điện dung là Fara (F).
14
2.2. Các thông số cơ bản của mạch điện
Để đặc trưng cho quá trình năng lượng trong một nhánh hoặc một phần tử của
mạch điện ta dùng 2 đại lượng dòng điện i và điện áp u. Công suất của nhánh hoặc
của phần tử (hình 1.2) là p = u.i
a. Dòng điện
i
A
B
UAB
Hình 1.7. Chiều dòng điện
Dòng điện I về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua tiết diện
ngang của một vật dẫn.
dq
i
(1.5)
dt
Chiều dòng điện quy ước là chiều chuyển động của điện tích dương trong điện
trường.
b. Điện áp
Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế. Hiệu điện thế giữa hai điểm
gọi là điện áp. Như vậy hiệu điện thế giữa hai điểm A và B có điện thế A và B là:
UAB = A - B (1.6)
Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế
thấp.
c. Công suất
Trong mạch điện, một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát
năng lượng. Khi chọn chiều dòng điện và điện áp trên nhánh trùng nhau 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 NL
P = u.i < 0: nhánh phát NL
Nếu chọn chiều dòng điện và điện áp trên nhánh ngược nhau ta sẽ có kết luận
ngược lại. Trong hệ đơn vị SI đơn vị dòng điện là A (ampe), đơn vị điện áp là
V(vôn), đơn vị công suất là W(oát).
15
3. Các định luật cơ bản của mạch điện
3.1. Định luật Ohm
a. Định luật Ohm cho một đoạn mạch
Nếu đặt vào hai đầu đoạn mạch AB một hiệu điện thế U, có dòng điện chạy
qua đoạn mạch (Hình 1.8).
U
I
(1.7)
R
R
U
A
I
B
Hình 1.8. Định luật Ohm cho đoạn mạch
Nội dung định luật: Cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch tỷ lệ thuận với hiệu
điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó.
b. Định luật Ohm cho toàn mạch
Xét mạch điện như hình 1.9
Gồm một nguồn điện có sức điện động E và nội trở r0 cung cấp cho tải Rt qua
một đường dây có điện trở là Rd.
R
d
E
I
Rt
r
0
Hình 1.9. Định luật Ohm cho toàn mạch
Khi mạch điện kín sẽ có dòng điện I chạy trong mạch và gây sụt áp trên các
phần tử của mạch. Áp dụng định luật Ohm cho từng đoạn mạch, ta có:
Ut I.Rt
Điện áp đặt vào phụ tải:
Ud I.Rd
Điện áp đặt vào đường dây (sụt áp trên đường dây):
16
Điện áp đặt vào nội trở (sụt áp trong nguồn) : U0 I.r0
Sức điện động nguồn bằng tổng các điện áp trên các đoạn mạch
E Ut Ud U0
I.Rt I.Rd I.r0
Gọi Rtđ Rt Rd r0 là tổng trở của toàn mạch hay điện trở toàn mạch.
Ta có:
Hay
E I.Rtđ
E
I
(1.8)
Rtđ
Nội dung định luật Ohm cho toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy trong
mạch kín tỷ lệ thuận với sức điện động của nguồn và tỷ lệ nghịch với tổng trở toàn
mạch điện.
Ví dụ 1.3.1: Cho mạch điện như hình 1.9, biết E = 231V; r0 = 0,1; Rd = 1;
Rt = 22. Xác định dòng điện qua tải, điện áp trên tải? Điện áp đầu đường dây và
sụt áp trong nguồn?
Giải:
Ta có tổng trở của toàn mạch là:
Rtđ Rt Rd r0 22 1 0,1 23,1()
Áp dụng định luật Ohm cho toàn mạch ta có dòng điện chạy qua tải là:
E
R
231
23,1
I
10(A)
Điện áp trên tải là:
Ut I.Rt 10.22 220(V)
Điện áp đặt vào điện trở đường dây là:
Ud I.Rd 10.110(V)
Điện áp đầu đường dây là:
Uđđd Ut Ud 220 10 230(V)
Sụt áp trong nguồn là :
U0 I.r0 10.0,11(V)
17
3.2. Định luật Kirchhoff
Định luật Kirchhoff 1 và 2 là hai định luật cơ bản để nghiên cứu và tính toán
mạch điện
a. Định luật Kirchhoff 1
Định luật Kirchhoff 1 phát biểu cho một nút
Nội dung định luật: Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không
i 0
Trong đó nếu quy ước các dòng điện đi tới nút mang dấu dương thì các dòng
điện rời khỏi nút mang dấu âm, hoặc ngược lại.
Ví dụ 1.3.2:
Cho mạch điện như hình 1.10. Tại nút K định luật Kirchhoff 1 được viết:
i1i2 i3 0
Từ phương trình trên ta có thể viết lại:
i1 i2 i3
i 3
K
i1
i2
Hình 1.10
Nghĩa là tổng các dòng điện tới nút bằng tổng các dòng điện rời khỏi nút.
Định luật Kirchhoff 1 nói lên tính chất liên tục của dòng điện. Trong một nút không
có hiện tượng tích lũy điện tích, có bao nhiêu điện tích tới nút thì có bấy nhiêu điện
tích rời khỏi nút.
b. Định luật Kirchhoff 2
Định luật Kirchhoff 2 được phát biểu cho mạch vòng kín
Đi theo một vòng kín theo chiều tùy ý, tổng đại số các điện áp rơi trên các
phần tử bằng không
u 0
(1.9)
Thay thế điện áp rơi u trên các phần tử bằng các biểu thức (1.1),(1.2),(1.3), (1.4)
18
vào (1.9) và chuyển các sức điện động sang vế phải, ta được phương trình:
u
e
Định luật Kirchhoff 2 được phát biểu như sau: Đi theo một vòng khép kín theo
chiều tùy ý, tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử R, L, C bằng tổng đại số
các sức điện động trong vòng; trong đó những sức điện động và dòng điện có
chiều trùng với chiều đi của vòng sẽ lấy dấu dương và ngược lại mang dấu âm.
Ví dụ 1.3.3: Cho mạch điện như hình 1.11.
Đối với mạch vòng kín trong hình định luật Kirchhoff 2 được viết:
1
di2
dt
R3i3
i3dt L2
R1i1 e2 e1
C3
i 3
i2
C3
e2
R3
L2
i1
R1
e 1
Hình 1.11
Định luật Kirchhoff 2 nói lên tính chất thế của mạch điện. Trong một mạch
điện xuất phát điểm theo một mạch vòng kín và trở lại vị trí xuất phát thì lượng
tăng thế bằng không.
Hai định luật Kirchhoff diễn tả đầy đủ quan hệ dòng điện và điện áp trong
mạch điện. Dựa trên cơ sở hai định luật này người ta có thể xây dựng các phương
pháp giải mạch điện, nó là cơ sở để nghiên cứu và tính toán mạch điện.
4. Các phép biến đổi tương đương
Biến đổi mạch điện nhằm mục đích đưa mạch phức tạp về dạng đơn giản hơn.
Biến đổi tương đương là biến đổi mạch điện sao cho dòng và áp tại các bộ phận
không thay đổi vẫn giữ nguyên.
1.4.1. Biến đổi tương đương giữa các tổng trở
a. Tổng trở mắc nối tiếp
Giả thiết các tổng trở Z1, Z2, Zn mắc nối tiếp (hình 1.12a) được biến đổi thành
19
tổng trở tương Ztđ như hình 1.12b
.
Z n
.
Z1
.
Z 2
.
I
.
U2
.
U 3
.
U1
.
U
Hình 1.12a. Các tổng trở mắc nối tiếp
.
Ztđ
.
I
.
U
Hình 1.12b. Biến đổi tương đương các tổng trở mắc nối tiếp
Theo điều kiện biến đổi tương đương ta có:
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
U Ztđ I U1U 2 ...U n (Z1 Z2 ... Zn )I
.
.
.
.
.
Suy ra:
Ztđ Z1 Z2 ... Zn
Z
Vậy tổng trở tương đương của các phần tử mắc nối tiếp bằng tổng các tổng trở
của các phần tử.
b. Tổng trở mắc song song
.
.
.
I2
.
In
I1
.
.
.
Z1
Z 2
Z n
U
Hình 1.13a. Các tổng trở mắc song song
.
I
.
Ztđ
.
U
Hình 1.13b. Biến đổi tương đương các tổng trở mắc song song
20
Tải về để xem bản đầy đủ
88 trang
26/03/2022
13951
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Lý thuyết mạch - Nghề: Điện tàu thủy, điện công nghiệp, điện dân dụng, công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ly_thuyet_mach_nghe_dien_tau_thuy_dien_cong_nghie.pdf
