BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mục đích: Cung cấp cho sinh viên kiến thức mạch điện; định luật mạch điện Yêu cầu sinh viên phải nắm được: - Các yếu tố hình học mạch điện; thông số trạng thái, thông số đặc trưng cho trình lượng mạch điện - Các luật cho phần tử (luật Ôm, Lenxơ – Pharaday, luật Măcxoen); định luật mạch điện (2 luật Kiếchôp) dạng tức thời biết cách vận dụng chúng để viết phương trình mơ tả trạng thái phần tử riêng biệt trạng thái mạch điện - Khái niệm cách tính cơng suất tiếp nhận lượng điện từ (công suất tức thời) cho nhánh, mạch điện Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH 1.2 CÁC THƠNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA Q TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG NHÁNH 1.3 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG CỦA MẠCH ĐIỆN 1.4 QUAN HỆ HÀM VÀ QUAN HỆ TỐN TỬ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ DỊNG ĐIỆN TRONG CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỆN 1.5 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 1.6 PHÂN LOẠI CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH 1.1.1 Định nghĩa mạch điện Mạch điện mơ hình diễn tả phân bố khoanh vùng q trình lượng, tín hiệu điện từ, q trình chuyển hố, tích luỹ, truyền đạt, lượng, tín hiệu điện từ thiết bị điện đặc trưng điện áp u(t) dòng điện i(t) phân bố theo thời gian t 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH 1.1.2 Các thông số mạch điện a Thông số trạng thái: lượng, hàm, số đo mức độ, độ lớn q trình gọi thơng số trạng thái q trình * Các thơng số trạng thái q trình lượng nhánh dịng i(t), điện áp u(t), công suất tiếp nhận lượng điện từ p(t) b Thông số đặc trưng: lượng, hàm, phép tính nói lên quy luật (hành vi) q trình gọi thơng số đặc trưng (hành vi) q trình * Các thơng số đặc trưng cho tượng lượng xảy mạch thông số tạo nguồn e, điện trở r, điện cảm L, điện dung C, hệ số công suất cosϕ 1.1.3 Các phận mạch điện a Nguồn điện: thiết bị điện có khả biến dạng lượng khác thành điện (gọi thiết bị phát điện) b Tải (Phụ tải): thiết bị điện có khả biến điện thành dạng lượng khác (gọi thiết bị tiêu thụ điện) c Dây dẫn điện: làm nhiệm vụ truyền tải điện từ nguồn đến tải; dây dẫn điện thường chế tạo kim loại màu 1.1.4 Kết cấu hình học mạch a Nhánh: Là đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy thông từ đầu đến đầu kia, không biến thiên theo toạ độ không gian dọc theo nhánh biến thiên theo thời gian t Ký hiệu số nhánh mạch điện chữ m b Nút: Là điểm gặp ba nhánh trở lên Số nút ký hiệu chữ n c Mạch vòng (vòng): Là lối khép kín qua nhánh mạch Vòng ký hiệu chữ v - Một mạch điện có n nút, m nhánh, giải toán lý thuyết mạch ta cần phải biết số phương trình độc lập viết theo luật Kiếchốp độc lập bao nhiêu? - Gọi số phương trình viết theo luật Kiếchốp là: K1 K2; số phương trình độc lập viết theo luật Kiếchốp là: K1 K2 a)Số phương trình độc lập theo luật Kiếchốp K1 = n-1 Ví dụ: Viết phương trình theo luật Kiếchốp cho nút (giả sử a b) nút mạch điện: i1 - i2 - i3 = (a) i - i - i = (b) a i1 i3 b i4 i2 i5 c Cộng vế phương trình (a), (b) kết nhân vế phương trình với (-1): -i1 + i + i + i = (c) Phương trình (c) phương trình suy từ phương trình (a), (b) phương trình thừa, vơ nghĩa Nhưng phương trình (c) lại phương trình theo luật Kiếchốp cho nút c, viết đủ phương trình theo luật Kiếchốp cho nút có phương trình thừa, khơng cần thiết, hay nói khác đi, nút mạch ta chừa nút bất kỳ, cần viết phương trình theo luật Kiếchốp cho nút đủ dùng a)Số phương trình độc lập theo luật Kiếchốp K2 = m - n + Chứng minh: Theo điều kiện đủ phương trình độc lập viết phương trình cho vịng vịng phải chứa thêm nhánh chưa tham gia vào vòng chọn Ta biết, lần đưa thêm bù vào ta có thêm vịng mới, với ẩn số với vòng ta viết phương trình độc lập theo luật Kiếchốp 2, hay số phương trình độc lập theo luật Kiếchốp số bù cây: K2 = BC = [m - (n-1)] = m - n + * Hoặc ta đếm số mắt lưới mạch có số phương trình độc lập theo luật Kiếchốp thường chọn mắt lưới làm vòng độc lập để viết phương trình độc lập theo luật Kiếchốp Tổng số phương trình độc lập theo hai luật Kiếchốp là: K1 + K2 = (n - 1) + m - (n - 1) = m (phương trình) = số nhánh Ví dụ: viết phương trình theo luật Kiếchốp 1, độc lập cho mạch điện hình 1.16 i1 j i2 R2 R1 e1 i3 R3 C3 L2 e3 j Hình 1.16 i1 Hình 1.16 j i3 i2 R2 R1 R3 e1 C3 L2 e3 i1 - i - i = - j j di = e1 R1 i + R i + L dt di + R3 i + - R2 i - L2 ∫ i dt = e3 C3 dt (1) (2) (3) 1.6 PHÂN LOẠI CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN Theo yêu cầu ta phân toán mạch điện thành hai loại: Bài tốn phân tích mạch tốn tổng hợp mạch - Bài tốn phân tích mạch: cho mạch, cho thông số phần tử, nguồn kích thích, u cầu tìm trạng thái mạch (dịng, áp, cơng suất) - Bài tốn tổng hợp: cho trước u cầu dịng, áp, cơng suất cần tìm thơng số kết cấu mạch cho thoả mãn u cầu Bài tốn phân tích có lời giải, tốn tổng hợp có nhiều lời giải khác Vấn đề đặt sau tổng hợp cần tìm lời giải tối ưu Theo chế độ làm việc mạch ta phân ra: toán chế độ xác lập toán chế độ độ - Chế độ xác lập: chế độ mà với thông số cho tác dụng nguồn kích thích đáp ứng dịng áp mạch biến thiên ổn định, dịng điên, điện áp mạch có tần số - Chế độ độ: trình chuyển tiếp từ trạng thái ban đầu đến trạng thái xác lập, thơng số mạch (R, L, C, e, v.v ) thay đổi đột ngột, đáp ứng dòng, áp mạch biến thiên bất thường Theo tính chất phần tử, ta phân tốn tuyến tính tốn phi tuyến: Mạch điện tuyến tính mạch điện có phần tử R, L, C số biến thiên theo thời gian; mạch phi tuyến mạch có phần tử phi tuyến (phần tử R, L, C phi tuyến có trị số phụ thuộc vào dịng điện điện áp qua hay thơng số R, L, C khác số) Vấn đề cần nhớ - Các yếu tố hình học mạch điện; thơng số trạng thái, thơng số đặc trưng cho q trình lượng mạch điện - Các luật cho phần tử: luật Ôm, Lenxơ – Pharaday, luật Măcxoen Biểu thức định luật Ôm: u R = gu R uR= R.iR hay i = R R Vấn đề cần nhớ Biểu thức định luật Lenx-Faraday (luật cảm ứng điện từ): di L u L = L(i) dt Biểu thức định lý dòng chuyển dịch Măcxoen: duC ∂q duC iC = = C(u) ∂u dt dt uC = ∫ i C dt C Vấn đề cần nhớ - Các luật cho mạch điện a) Luật Kiếchơp 1: “Tổng đại số dịng điện nút số 0” m p k =1 l=1 ∑ i k + ∑ jl = Quy ước dấu: dòng điện vào nút lấy dấu (+) dịng khỏi nút lấy dấu (-) ngược lại Vấn đề cần nhớ Luật Kiếchôp "Đi theo vịng khép kín với chiều tuỳ ý, tổng đại số điện áp phần tử R, L, C tổng đại số sức điện động vịng đó"   di k + ∑  R k i k + Lk ∫ ik dt ÷ = ∑ ek dt Ck k   k Với quy ước dòng điện ik, s.đ.đ ek chiều vòng mang dấu dương (+), ngược chiều vòng mang dấu âm (-) CẢM ƠN! ... trạng thái mạch điện - Khái niệm cách tính cơng suất tiếp nhận lượng điện từ (công suất tức thời) cho nhánh, mạch điện Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1. 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH 1. 2 CÁC THƠNG... BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 1. 6 PHÂN LOẠI CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH 1. 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH 1. 1 .1 Định nghĩa mạch điện Mạch điện mơ hình diễn tả phân bố khoanh vùng q trình lượng, tín hiệu điện từ, q... nghĩa điện trở điện dẫn + Về mặt vật lý: Từ (1 .1a) : iR = 1A uR = R (V), R nói lên độ lớn bé điện áp nhánh trở tác dụng nguồn dòng chuẩn 1A Từ (1. 1b): uR= 1V iR = g (A), g nói lên độ lớn bé dòng điện