Đang tải... (xem toàn văn)
TÝn hiÖu mÐo + Chế độ bão hoà: T không dẫn phân cực ngợc Nh vậy tầng khuếch đại công suất đơn phải làm việc ở chế độ vừa đảm bảo đủ công suất ra thành méo tín hiệu nên chọn chế độ làm vi[r]
(1)V¨n phßng GTZ hµ néi - viÖt nam DA: PN 2003 3504 - 019 00 Tµi liÖu häc tËp M«n häc: §iÖn kü thuËt (PhÇn I: giai ®o¹n c¬ b¶n Dùng cho đào tạo CNKT NghÒ: §iÖn xÝ nghiÖp ) Hµ néi - 2003 Lêi nãi ®Çu Kỹ thuật điện là ngành ứng dụng các tợng điện từ để biến đổi lợng, đo lờng, điều khiển, xử lý tín hiệu vv (2) Nó bao gồm tạo ra, biến đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ các hoạt động thực tế ngời So với các tợng vật lý khác nh cơ, nhiệt, quang tợng điện từ đợc phát chậm vì các giác quan ngời không cảm nhận trực tiếp đợc hiwnj tợng này nhiên việc khám phá tợng điện từ đã thúc đẩy mạnh mÏ cuéc c¸ch m¹ng khoa häc kü thuËt chuyÓn sang lÜnh vùc ®iÖn khÝ ho¸, tù động hoá §iÖn n¨ng cã u ®iÓm næi bËt lµ cã thÓ s¶n suÊt tËp trung víi nguån c«ng suÊt lớn, có thể truyền tải xa và phân phối đế nơi tiêu thụ với tổn hao tơng đối nhỏ Điện dễ dàng biến đổi thành các dạng lợng khác, mặt khác quá trình biến đổi lợng và tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hoá vá điều khiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân tay và lao động trí óc ngời Cuốn tài liệu điện kỹ thuật này đợc biên soạn theo kế hoạch đào tạo và chơng trình môn học phù hợp với các trờng THCN và dạy nghề sách đợc biên soạn trên sở đúc rút kinh nghiệm các giáo trình kỹ thuật điện và nh÷ng kinh nghiÖm nhiÒu n¨m gi¶ng d¹y m«n ®iÖn kü thuËt t¹i trêng Đồng thời đã tham khảo lợng kiến thức từ chơng trình vật lý phổ thông, các môn học kỹ thuật điện, phần điện và môn vật lý đại cơng bậc đại học và tham khảo số tài liệu khác lu hành nay, nên không sâu mặt lý luận mà chú ý nhiều đến tính toán, ứng dụng kỹ thuật phục vụ các hoạt động khoa học Cuốn tài liệu đợc biên soạn đã cung cấp kiến thức bản, cô đọng phù hợp với chơng trình đào tạo Để biên soạn tác giả đã phải cố gắng rÊt nhiÒu nghiªn cøu vµ tham kh¶o rÊt nhiÒu tµi lÖu,xong víi thêi lîng cña ch¬ng tr×nh vµ nh÷ng kinh nghiÖm tÝch luü kiÕn thøc cßn cã h¹n, v× vËy cuèn tµi liÖu dạy học còn có mặt hạn chế định Rất mong nhận đợc đóng góp ý kiến xây dựng các bậc thầy trớc, các bạn đồng nghiệp nh độc giả để tài liệu dạy học này đợc hoàn thiện Xin ch©n thµnh c¶m ¬n! môc lôc Môc 1.1 Néi dung Ch¬ng I m¹ch ®iÖn mét chiÒu Dßng ®iÖn Trang Suất điện động nguồn điện §iÖn trë cña vËt dÉn 1.4 M¹ch ®iÖn vµ c¸c phÇn tö cña m¹ch ®iÖn 1.5 Các định luật 1.6 C¸ch gÐp ®iÖn trë vµ nguån ®iÖn 17 1.7 C«ng vµ c«ng suÊt cña dßng ®iÖn vµ nguån ®iÖn 21 1.8 Sự biến đổi điện thành nghiệt 23 (3) 1.9 HiÖn tîng nhiÖt ®iÖn- Pin nhiÖt ®iÖn 24 1.10 Tổn hao điện áp và tổn hao công suất trên đờng dây 25 1.11 C©u hái «n tËp ch¬ng I 27 Ch¬ng II ®iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ 2.1 Tõ trêng cña dßng ®iÖn 31 2.2 Các đại lợng đặc trng từ trờng 34 2.3 T¸c dông cña tõ trêng lªn d©y dÉn cã dßng ®iÖn 37 2.4 M¹ch tõ 40 2.5 HiÖn tîng c¶m øng ®iÖn tõ 43 2.6 C©u hái «n tËp ch¬ng II - KiÓm tra Ch¬ng III m¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha 49 Dßng ®iÖn xoay chiÒu h×nh sin 53 Các đại lợng đặc trng 55 Biểu diễn các đại lợng xoay chiều hình sin đồ thịvéc tơ 57 TÝnh chÊt cña m¹ch ®iÖn xoay chiÒu 59 C«ng suÊt vµ hÖ sè c«ng suÊt 73 C©u hái «n tËp ch¬ng III - KiÓm tra Ch¬ng IV.m¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha 74 HÖ thèng pha 77 C¸ch m¾c m¹ch pha h×nh 79 C¸ch m¾c m¹ch pha h×nh tam gi¸c 81 C«ng suÊt m¹ch pha 82 Tõ trêng cña dßng ®iÖn pha 84 C©u hái «n tËp ch¬ng IV - KiÓm tra Ch¬ng V m¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n 87 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Nguån cÊp ®iÖn 5.1 5.2 5.3 Mạch khuyếch đại điện tử Mạch tạo dao động øng dông kü thuËt ®iÖn tö th«ng tin 89 97 108 (4) 5.4 5.5 C©u hái «n tËp ch¬ng V - KiÓm tra 115 119 (5) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu Ch¬ng I M¹ch ®iÖn chiÒu 1.1- Dßng ®iÖn 1.1.1- Kh¸i niÖm chung 1.1.1.1- §iÖn tÝch - ®iÖn trêng a- §iÖn tÝch * §N : Lµ nh÷ng h¹t nhá bÐ cña vËt chÊt cã mang ®iÖn tÝch cã lo¹i ®iÖn tÝch lµ ®iÖn tÝch ©m (-) vµ ®iÖn tÝch d¬ng (+) * TÝnh chÊt: hai ®iÖn tÝch cïng dÊu th× ®Èy nhau, hai ®iÖn tÝch kh¸c dÊu th× hót VÝ dô : Hai ®iÖn tÝch cïng mang dÊu (-) hoÆc cïng mang dÊu (+) th× ®Èy b- §iÖn trêng Là môi trờng vật chất bao quanh các điện tích đó có tồn các lực tác dụng tới các điện tích nằm môi trờng đó Lùc t¸c dông gi÷a hai ®iÖn tÝch gäi lµ lùc ®iÖn trêng Ký hiÖu : F = K q1.q2 / .r2 Trong đó: K là số = 9.109 ( N.n2/c2 ) q1,q2 là đơn vị điện tích tính cu lông ( c ) lµ h»ng sè ®iÖn m«i r là khoảng cách hai điện tích đơn vị ( m ) c - Cờng độ điện trờng Là đại lợng đặc trng cho độ mạnh yếu điện trờng Ký hiÖu : E ( V/m ) = F / q d - HiÖu ®iÖn thÕ Lµ sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ gi÷a hai ®iÓm ®ang xÐt §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (6) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu điện đất coi nh không 1.1.1.2- §Þnh nghÜa dßng ®iÖn : * §N : - Dßng ®iÖn lµ dßng chuyÓn dêi cã híng cña c¸c h¹t ®iÖn tÝch ®iÖn trêng * Quy íc chiÒu : Lµ chiÒu chuyÓn rêi cña c¸c ®iÖn tÝch d¬ng Điều kiện để có dòng điện: + M«i trêng ph¶i cã ®iÖn tÝch + Ph¶i cã lùc t¸c dông cña ®iÖn trêng * ĐN : - Cờng độ dòng điện : Đặc trng cho độ mạnh, yếu cuả dòng điện là đại lợng đo tỷ số lợng điện tích chuyển qua tiết diện thẳng dây dÉn vµ thêi gian ®iÖn tÝch chuyÓn qua I = q đơn vị : cu lông/giây = A t mi li am pe (mA) = 10 -3 (A) mi ci cro am pe (A) = 10 -6(A) 1.1.1.3- B¶n chÊt dßng ®iÖn c¸c m«i trêng a- Dßng ®iÖn kim lo¹i - Thí nghiệm đã chứng tỏ : Tính dẫn điện kim loại đợc gây chuyển động các điện tử - Khi điện trờng không thì các điện tử chuyển động hỗn loạn Lợng điện tử chuyển động theo chiều nào đó lợng điện tử chuyển động theo chiều ngợc lại dẫn đến I = - Khi điện trờng khác không dẫn đến các điện tử chuyển động dới tác dụng lực nó chuyển động có hớng xác định dẫn đến xuất chuyển dời có hớng các hạt mang điện dẫn đến I khác KL: Dßng ®iÖn kim lo¹i Lµ dßng chuyÓn rêi cã híng cña c¸c ®iÖn tö tù díi t¸c dông cña ®iÖn trêng §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (7) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu b- Dßng ®iÖn chÊt ®iÖn ph©n - C¸c dung dÞch muèi, a xÝt, ba z¬, chÊt ®iÖn ph©n Theo thuyết điện ly: Muối, áit, bazơ đợc hoà tan vào nớc đợc tách thành ion trái dÊu VÝ dô: NaCl Na+ + Cl- ( sù ph©n ly ) Sau t¹o thµnh mét sè ion tr¸i dÊu cã thÓ va ch¹m víi qu¸ tr×nh chuyển động nhiệt hỗn loạn và kết hợp với phần tử trung hoà VÝ dô: Na+ + Cl- NaCl ( sù t¸i hîp ) Khi E = 0: ion chuyển động nhiệt hôn loạn I = Khi E 0: ion chuyển động theo phơng điện trờng dới tác dụng lực ®iÖn trêng Ion ( + ) chuyển động theo phuêong E cực (-) K Ion ( - ) chuyển động theo phơng ngợc E cực (+) A KL: Dßng ®iÖn chÊt ®iÖn ph©n lµ dßng chuyÓn rêi cã híng cña c¸c ion (-) vµ (+) díi t¸c dông cña ®iÖn trêng ion (-) vÒ cùc (+) vµ ngîc l¹i c- Dßng ®iÖn chÊt khÝ - Khi điện trờng 0: các hạt mang điện chuyển động hỗn loạn dẫn đến I = C¸c ®iÖn tö va ch¹m kÕt hîp ion (+) ph©n tö, nguyªn tö trung hoµ sù t¸i hîp - Khi điện trờng khác 0: chịu tác dụng lực điện trờng chúng chuyển động có hớng ,điện tử và ion (+) chuyển động cùng chiều E cực (-), điện tử và ion (-) chuyển động cùng chiều E cực (+) I chÊt khÝ ChiÒu ®iÖn trêng cã híng tõ A K - KL: Dßng ®iÖn kh«ng khÝ Lµ dßng chuyÓn rêi cã híng cña ion (-), ion (+) vµ c¸c ®iÖn tö (elec tr«n) díi t¸c dông cña ®iÖn trêng §iÖn tö vµ ion (-) vÒ cùc (+) A nèt; ion (+) vÒ cùc (-) (ca tèt) d- §Þnh nghÜa dßng ®iÖn mét chiÒu §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (8) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu - Là dòng điện có chiều và trị số không đổi theo thời gian ? Nêu khái niệm điện tích - điện truờng ? Điều kiện để có dòng điện? Nªu b¶n chÊt dßng ®iÖn c¸c m«i trêng ? So s¸nh sù kh¸c c¨n b¶n gi÷a dßng ®iÖn chÊt ®iÖn ph©n vµ dßng ®iÖn chÊt khÝ ? 1.2- Suất điện động nguồn điện - Nguån ®iÖn lµ thiÕt bÞ tr× dßng ®iÖn m¹ch : Muèn vËy cÇn tr× ®iÖn ¸p ë ®Çu nguån ®iÖn - Giả sử nguồn điện đợc biểu thị dung dịch thẳng AB, để có điện áp AB cÇn mét lùc ngoµi Fn t¸c dông lªn c¸c ®iÖn tÝch tù dung dÞch Fn( cã htÓ lµ lùc ho¸ häc, F khÝ t¸n nhiÖt ) c B A Fn + E T¶i Dới tác dụng lực ngoài, các điện tử chuyển động phía B, đó đầu B tÝch ®iÖn ¨m (-), ®Çu A tÝch ®iÖn (+) Gọi điện tích di chuyển là q thì Fn có tơng đơng với lực điện trờng cã n tÝnh theo : n = Fn/q Khi h×nh thµnh c¸c ®iÖn tÝch ë ®Çu A,B bªn AB sÏ h×nh thµnh mét điện trờng c có chiều A B Điện trờng này tác động lên điện tử lực Fe tÝnh theo Fe = c.q §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (9) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu Fe, Fn ngợc chiều nhau, các điện tích đạt trạng thái cân động lực này cân Lúc đó điện tích +Q và -Q đầu A và B nguồn kh«ng biÕn thiªn Fe = Fn c = n Nh vËy muèn tr× ®iÖn ¸p ë cùc cña nguån, nguån ph¶i tr× mét ®iÖn trêng ngoµi n Định nghĩa : Suất điện động nguồn điện Là khả sinh công nguån ®iÖn, nguån ®iÖn cã thÓ lµ ho¸ n¨ng biÕn thµnh ®iÖn n¨ng, c¬ n¨ng vµ nhiÖt n¨ng biÕn thµnh ®iÖn n¨ng - Đặc trng cho độ lớn nguồn điện là suất điện động (E) đơn vị (V) - Điện trở nguồn là đại lợngđặc trng cho tiêu hao lợng nguồn Ký hiệu r, đơn vị (r) ? Định nghĩa nguồn điện ? Trình bầy các đại lợng đặc trng nguồn điện ? 1.3- §iÖn trë cña vËt dÉn - §iÖn trë : Là đại lợng đặc trựng cho tính cản trở dòng điện vật dẫn, nó phụ thuộc vµo b¶n chÊt vËt liÖu, chiÒu dµi d©y dÉn vµ tiÕt diÖn ngang cña d©y dÉn BiÓu thøc R = l s Trong đó : + L lµ chiÒu dµi d©y dÉn (m) + S lµ tiÕt diÖn d©y dÉn (mm2) + lµ §iÖn trë suÊt cña vËt liÖu lµm d©y dÉn ( mm2/m) + R lµ §iÖn trë tÝnh b»ng () §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (10) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu - §iÖn dÉn : + Điện dẫn là đại lợng đặc trng cho khả dẫn điện vật liệu, điện dẫn là đại lợng nghịch đảo điện trở Khi đó : điện dẫn ký hiệu là g = / R [ / = simen ] - Chú ý : Điện dẫn suất là đại lợng phụ thuộc vào chất vật liệu, chiều dài dây dÉn vµ tiÕt diÖn ngang d©y dÉn S L Trong đó : = 1/R là điện dẫn suất g = - Sù phô thuéc cña ®iÖn trë : + §èi víi d©y dÉn b»ng kim lo¹i, t0 t¨ng (m/ mm2) ? Viết biểu thức tính điện trở và điện dẫn Giải thích các đại lợng biểu thức ? 1.4- M¹ch ®iÖn vµ C¸c ph©n tö cu¶ m¹ch ®iÖn 1.4.1- M¹ch ®iÖn - Mạch điện là tập hợp các thiết bị để dòng điện chạy qua Các thiết bị lẻ chắp nối để tạo thành mạch điện gợi là các phần tử mạch điện - M¹ch ®iÖn Gåm c¸c ph©n tö c¬ b¶n: nguån ®iÖn, d©y dÉn vµ phô t¶i, ngoµi còn có các phần tử phụ trợ nh dụng cụ đo và thiết bị đóng cắt * Nguån ®iÖn : - Là các thiết bị biến đổi các dạng lợng điện nh: Pin, ắc quy ( dùng lợng hoá học ), máy phát điện ( lợng học ) Trên hình vẽ biểu thị suất điện động E có chiều (-) (+) nguồn R V A §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 k (11) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu * Dây dẫn : Nối nguồn với phụ tải các phụ tải với , và để dẫn dßng ®iÖn ( chuyÓn t¶i n¨ng lîng ®iÖn ) tõ nguån tíi tiªu thô ( Rd ) §Æc trng cña d©y dÉn lµ ®iÖn trë Kh¶ n¨ng lµ c¶n trë cña dßng ®iÖn Trong đó : L R = d S + lµ ®iÖ trë suÊt + S lµ tiÕt diÖn + L lµ chiÒu dµi d©y dÉn * Phô t¶i : R Lµ bé phËn tiªu thô ®iÖn n¨ng cña nguån biÕn thµnh nhiÖt n¨ng vµ các dạng lợng khác nh : ánh sáng ( đèn điện ), nhiệt ( bếp điện, lò điện) , ( động ) * C¸c thiÕt bÞ phô trî: Nh thiết bị đóng, cắt ( cầu dao, máy cắt điện để đóng cắt mạch điện, thiết bị b¶o vÖ ( cÇu ch× ), dông cô ®o ( ampe mÐt ) - C¸c yÕu tè kÕt cÊu cña m¹ch ®iÖn lµ nót vµ nh¸nh + Nót lµ ®iÓm nèi cña nh¸nh trë lªn + Nh¸nh lµ phÇn ®o¹n m¹ch chØ cã dßng ®iÖn nhÊt ch¹y qua + M¹ch ®iÖn khong cã ®iÓm nót nµo gäi lµ m¹ch ®iÖn kh«ng ph©n nh¸nh, kh«ng ph©n nh¸nh chØ cã dßng ®iÖn ! Qua tÊt c¶ c¸c phÇn tö cña nã, ngîc l¹i nÕu m¹ch cã ®iÓm nót th× gäi lµ m¹ch ®iÖn ph©n nh¸nh Chú ý: Khi tính toán mạch điện để đơn giản ta giá thiết điện trở dây dẫn b»ng kh«ng (0) 1.5- Các định luật 1.5.1- §Þnh luËt «m 1- §Þnh luËt «m cho ®o¹n m¹ch Gi¶ sö cã ®o¹n m¹ch víi ®iÖn trë R ( vËt dÉn ) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (12) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu Nếu đầu vật dẫn có hiệu điện thì có dòng điện chạy qua vật dẫn, cờng độ dßng ®iÖn I vËt dÉn phô thuéc vµo hiÖu ®iÖn thÕ ë ®Çu cña nã Đối với vật dẫn ngời ta phát thấy có phụ thuộc hệ số xác định ( gọi là đặc trng V - A ) U và I : I = f (u) Gioóc ôm ngời đức là ngời đầu tiên thiết lập đợc thực nhiệm mối liên hệ U và I dới các vật dẫn đồng chất kim loại I = KV ( K : §é dÉn ®iÖn ) Vậy định luật phát biểu : - Cờng độ dòng điện qua đoạn mạch tỷ lệ thuận với điện áp đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với R đoạn mạch đó BiÓu thøc : I = U R (V) () U = I.R U I R = I = (A) (V) () R B A U 2- §Þnh luËt «m cho mét ®o¹n m¹ch kÝn - Cờng độ dòng điện mạch kín tỷ lệ thuận với suất điện động nguån vµ tû lÖ nghÞch víi tæng trë m¹ch BiÓu thøc: I =E/(R+r) ( r : §iÖn trë cña nguån ®iÖn ) U = UN + UT UN = I R UT = I r §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (13) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu Nếu kể đến điện trở thì dòng điện : I = E / ( R + r + Rd ) R d L S = - §Þnh luËt «m víi ®o¹n m¹ch cã nguån A R C E, r B GØa sö chiÒu dßng ®iÖn ®i tõ A B ta cã UAB = UAC + UCB + UAC = I R + UCB = -E + I r + UAB = I R + Ir - E = I (R+r) - E - Nguồn đóng vai trò tiêu thụ điện mang dấu (-), nguồn đóng vai trò sinh công mang dÊu (+) Định luật ôm toàn mạch Định luật : Cờng độ dòng điện toàn mạch tỷ lệ thuận với hiệu điện thÕ vµ tû lÖ nghÞch víi tæng trë cña m¹ch I = U / Z ( A ) mµ Z = R2 + ( Xl - Xc )2 VÝ Dô1: Cho m¹ch ®iÖn cã : E1 = 75 v R1 = 12 E2 = 127 v R2 = 17 r01 = 1,3 r02 = 0,75 TÝnh I m¹ch m¾c nèi tiÕp Gi¶i: Cờng độ dòng điện mạch mắc nối tiếp: Theo c«ng thøc : I = E / ( R + r ) R = R1 + R2 = 12 + 17 = 29 ( ) r = r01 + r02 = 1,3 + 0,75 = 2,05 ( ) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (14) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu E = E1 + E2 = 75 + 127 = 202 ( V ) I = 202/ ( R + r ) = 202 / 31,05 = 6,505 ( A ) - HiÖu ®iÖn thÕ trªn ®iÖn trë R1 , R2 : U1 = I.R1 , U2 = I.R2 U = U1 + U2 = I.R1 + I.R2 = I( R1 + R2 ) U = 6,505 29 = 188,645 ( V ) Bµi tËp : Cho m¹ch ®iÖn E1 = 60 ( V ) E2 = 18 ( V ) §iÖn trë cã c¸c nguån r01 = R1 = 25,5 r02 = 0,5 R2 = 15 TÝnh I m¹ch vµ ®iÖn ¸p trªn c¸c ®iÖn trë R ( Häc sinh lµm bµi t¹i líp dùa trªn vÝ dô sè ) 1.5.2- Định luật Kiếc hốp và (Dùng để giải các bài toán phức tạp) 1- Kh¸i niÖm vÒ nót, nh¸nh, vßng - Nót lµ ®iÓm mµ cã Ýt nhÊt d©y dÉn ®a tíi - Nh¸nh lµ phÇn m¹ch nèi gi÷a ®iÓm nót - Vòng là xét từ nút qua các phụ tải trở vị trí ban đầu (trên vòng đó các phô t¶i coi nh nèi tiÕp) 2- §Þnh luËt KiÕc hãp vµ a) §Þnh luËt KiÕc hèp I1 I5 I2 - X Ðt mét nót cña m¹ch ®iÖn cã: + Mét sè dßng ®i vµo nót I4 + Mét sè dßng dêi khái nót I3 - Trong giây điện tích dịch chuyển đến nút phải điện tích rời khỏi nót §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (15) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu * KL: T¹i mét ®iÓm bÊt kú dßng ®iÖn ®i tíi nót b»ng tæng dßng ®iÖn tõ nót ®i khái nót Ta cã : I1 + I3 + I5 = I2 + I4 + Quy íc lµ dßng ®iÖn ®i vµo nót mang dÊu (+), ®iÖn rêi nót mang dÊu (-) Định luật 1: tổng đại số các dòng điện điểm nút : ( I =0 ) * ý nghÜa cña KI: Nãi lªn tÝnh chÊt liªn tôc cña dßng ®iÖn b) §Þnh luËt KiÕc hèp - Theo mạch vòng kín tổng đại số các suất điện động tổng đại số c¸c ®iÖn ¸p trªn c¸c ®iÖn trë nj =1 Ei = mk=1 IR R1 Quy ớc theo chiều (+) mạch vòng đã chọn suất điện động cùng chiÒu mang dÊu (+), ngîc chiÒu mang dÊu (-) VÝ dô1 : Cho m¹ch ®iÖn nh (H×nh vÏ) Cã : E1 = 12 (v); R1 = (); E2 = 90 (v); R2 = (); R3 = () Yªu cÇu : H·y tÝnh dßng ®iÖn c¸c nh¸nh ? C I1 A E I3 R1 R3 + + E1 D + - I2 R2 + E2 B F- Gi¶i : §Ó gi¶i bµi to¸n trªn ta thùc hiÖn theo c¸c bíc sau : * Bíc : Gi¶ thiÕt chiÒu dßng ®iÖn c¸c nh¸nh lµ chiÒu (+) m¹ch vßng * Bớc : Xác định số nút (m) và số nhánh là (n), mạch có số nút m = §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (16) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu c) C¸c bíc gi¶i bµi to¸n : Gåm bíc * Bíc : Gi¶ thiÕt chiÒu dßng ®iÖn c¸c nh¸nh chiÒu cña m¹ch vßng * Bớc : Số nhánh đặt là m, số nút là n * Bíc : ViÕt ph¬ng tr×nh - K1 (n - 1) - K2 m- (n - 1) * Bớc : Giải hệ phơng trình đã biết * Bíc : NhËn xÐt kÕt qu¶ : Sau đã tính toán song kết là âm thì ta đổi dấu sau đã tính song kÕt qu¶ VÝ dô : Cho m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ cã : E1 = 12 (v) R2 = () E2 = (v) R1 = () R3 = () A R1 R3 I2 (I) E1 E2 R2 (II) B Yªu cÇu : TÝnh I c¸c nh¸nh Bµi gi¶i * Bíc : Gi¶ thiÕt chiÒu dßng ®iÖn nh¸nh nh (h×nh vÏ) * Bíc : m = 3, n = * Bíc : K1: (n-1) ta cã I1 - I2 + I3 = (1) K2: m - (n-1) = - (2-1) = Vßng I : I1 R1 + I2 R2 = E1 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (2) (17) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu Vßng II : I2 R2 + I3 R3 = E2 (3) VËy ta cã hÖ ph¬ng tr×nh : I1 - I2 + I3 = (1) I1 R1 + I2 R2 = E1 (2) I2 R2 + I3 R3 = E2 (3) Tõ (2) vµ (3) ta cã : I1 R1 - I3 R3 = E1 - E2 (4) <=> I1 K1 - I3 R3 - E1 + E2 = 4I1 - 3I3 - 12 + = <=> 4I1 - 3I3 - = (5) <=> 4I1 = + 3I3 => I1 = 3/4 (1+I3) Tõ (1) => - I2 = -I1 - I3 <=> I2 = I1 + I3 (1)’ Thay (1)’ vµo (2) ta cã : I1R1 + R2 (I1+I3) = E1 => R1I1 + R2I1 + R2I3 = E1 Thay I1=3/4 (1 +I3) ta cã : R1 (3/4 (1 +I3) + R2 [3/4 (1 +I3] + R2I2 = E1 <=> 3R1 + 3R1I3 + 3R2 + 3R2I3 + 4R2I3 - 4E1 = 3.4 + 3.4.I3 + 3.6 + 3.6.I3 + 4.6.I3 - 4.12 = 12 + 12I3 + 18 + 18I3 + 24I3 - 48 = 54I3 - 18 = <=> 54I = 18 => I3 = 54/18 = (A) => I = 3/4 (1+3) = 3/4.4 = (+) => I = I1 + I3 = 3+3 = (A) - Từ phơng trình 1,2,3 ta đợc E1 - I3 R3 (4) R1 -E - I3 R Tõ (3) => I2 = (5) R2 Thay gi¸ trÞ I1 vµ I2 vµo ph¬ng tr×nh (1) ta cã : E1 - I3 R3 E2 - I3 R3 - I = 0, thay số ta đợc + R1 R2 + Tõ (2) => I1 = §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (18) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu 125 - 4I3 90 - 4I3 R1 R2 2(25 - 4I3 ) + (90 - 4I3) 6I3 = - I3 = = 250 - 8I3 + 270 - 12I3 - 6I3 = 250 - 26I3 = I3 = 520/26 = 20A Thay gi¸ trÞ I3 vµo ph¬ng tr×nh (4) vµ (5) ta t×m I1, I2 E1- I3 R3 = 125 -2 4.20 R2 E2+ I3 R3 => I2= = - 90 +2 4.20 R2 Vậy chiều thực I2 ngợc với chiều ta đã chọn => I1 = = 15 (A) = -5 (A) ? Phát biểu định luật ôm đoạn mạch có nhiều nguồn ? Ví dụ áp dụng ? Phát biểu các định luật kiếc hốp ? Nêu ý nghĩa các định luật đó ? 1.6- C¸ch ghÐp ®iÖn trë vµ nguån ®iÖn 1.6.1- C¸ch ghÐp ®iÖn trë 1- M¾c nèi tiÕp a) C¸ch m¾c : §iÓm cuèi cña R nµy m¾c víi ®iÓm ®Çu cña ®iÖn trë tiÕp theo R1 U1 R2 U2 R3 U3 U b) TÝnh chÊt : §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (19) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu - Dßng ®iÖn qua c¸c ®o¹n m¹ch = I = I1 = I2 = I3 = In - §iÖn ¸p : U = U1 + U2 + U3 + + Un - §iÖn trë : R = R1 + R2 + R3 + + Rn - NÕu cã R b»ng th× Rt® = N.R 2- M¾c song song c¸c ®iÖn trë a) C¸ch m¾c : DÊu cña R nèi víi ®Çu R cuèi cña ®iÖn trë nµy nèi víi cuèi R b) TÝnh chÊt : - §iÖn ¸p b»ng : U = U1 = U2 = U3 = = Un - Dßng ®iÖn : I = I1 + I2 + I3 + + In - Điện trở t.đơng 1R = 1R + t® 1 R2 R r - NÕu cã n l b»ng th× Rt® = I1 R1 + R1 + + R1.R2 Rn => Rt® = R1+R2 I2 R I3 R c) GhÐp hçn hîp : Lµ c¸ch ghÐp võa nèiUtiÕp, võa song song 1.6.2- C¸ch ghÐp nguån ®iÖn 1- C¸ch ghÐp Tïy theo yªu cÇu cña phô t¶i mµ nguån ®iÖn m¾c nèi tiÕp hay song song cÇn ®iÖn ¸p lín m¾c nèi tiÕp ph¶i cÇn dßng ®iÖn lín m¾c song song a) M¾c nèi tiÕp : Cùc ©m (-) cña nguån thø nhÊt m¾c víi cùc d¬ng (+) cña nguån tiÕp theo §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (20) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu Ebé = E1 + E2 + E3 + + En Rbé = R1 + R2 + R3 + + Rn NÕu cã nguån b»ng th×: Ebé = n.E; Rbé = n.R - Dßng ®iÖn cña bé b»ng dßng ®iÖn cña nguån Ibé = I1 = I2 = I3 = = In (víi n lµ sè nguån ghÐp nèi tiÕp) b) M¾c song song : - Các nguồn có suất điện động : Ebộ = E; Rbộ = R/n - Dßng ®iÖn cña bé b»ng tæng c¸c dßng ®iÖn cña c¸c nguån : Ibé = I = m.I - C¸ch ghÐp : GhÐp song song c¸c nguån lµ c¸ch ghÐp nèi c¸c cùc (+) cña c¸c nguån ®iÖn thµnh cùc (+) cña bé nguån, ngîc l¹i ghÐp song song c¸c cùc (-) cña c¸c nguån ®iÖn thµnh cùc (-) cña c¶ bé nguån Trong đó : m là số nguồn ghép song song E1 (+) m E2 (-) En * Chú ý : Cách ghép này đợc dùng điện áp làm việc phụ tải suất điện động nguồn, nhng dòng điện làm việc lớn I nguån c) GhÐp hçn hîp * C¸ch ghÐp : Lµ c¸ch ghÐp gåm nhiÒu nh¸nh, mçi nh¸nh cã nhiÒu nguån ghÐp nèi tiÕp víi - Th«ng sè kü thuËt : + Suất điện động : Ebộ = ne + me + Dßng ®iÖn : Ibé = m.I = n.I - r0 + §iÖn trë : rbé = n m + Sè lîng nguån cÇn ghÐp : V = m.n §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (21) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu * Chó ý : Cách ghép này đợc dùng điện áp và dòng điện làm việc phụ tải lớn điện áp và (I) định mức nguồn ? Nªu c¸c tÝnh chÊt cña phô t¶i m¾c nèi tiÕp ? Víi m¹ch cã n t¶i gièng hÖt mắc nối tiếp với thì U, I đợc tính nh nào ? Khi nµo ta cÇn m¾c song song c¸c nguån ®iÖn vµ nµo ta thùc hiÖn m¾c nèi tiÕp c¸c nguån ®iÖn ? Có điện trở có giá trị nh và Vậy làm nh nào để có đợc ®iÖn trë cã gi¸ trÞ ? gi¶i thÝch ? 1.7- C«ng vµ c«ng suÊt cña dßng ®iÖn vµ nguån ®iÖn 1.7.1- C«ng vµ c«ng suÊt cña dßng ®iÖn 1- C«ng - Là đại lợng đo tích số U đoạn mạch với điện lợng chuyển qua đoạn mạch đó A = Uq q = IJ => A = UI.J - M¹ch ngoµi : AN = UN.I.J - M¹ch : AT = UT.I.J §¬n vÞ (Wh, Kwh) C«ng suÊt - Là công dòng điện thực đợc đơn vị thời gian, công suất đợc đo tỷ số công và tổng dòng điện chạy qua đoạn mạch đó U.I.J P= A = U.I J = J P = I1.R.I = I2.R P=U U = R §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 U2 R (22) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu 1.7.2- C«ng vµ c«ng suÊt cña nguån ®iÖn 1- C«ng Là đại lợng đo tích số suất điện động nguồn với độ lớn dịch chuyÓn ®iÖn tÝch cña vËt A = E.I.J đơn vị (J) 2- C«ng suÊt Là công nguồn sinh đơn vị thời gian đợc đo tỷ số c«ng cña nguån vµ thêi gian dßng ®iÖn ch¹y qua m¹ch E.I.J = E.I P= A = J J 3- HiÖu suÊt - Khi sö dông ®iÖn n¨ng ngoµi c«ng suÊt cã Ých cßn cã nh÷ng tæn h¹i v« Ých nªn gäi c«ng suÊt tiªu thô lµ (P J) vµ c«ng suÊt cã Ých lµ (P C), tû sè gi÷a c«ng suÊt cã Ých vµ c«ng suÊt tiªu thô = PPC J - NÕu tÝnh theo % = PPC 100 J VÝ dô : Mét m¹ch ®iÖn cã ®iÖn ¸p U = 110v cung cÊp cho phô t¶i R = 10 thêi gian giê TÝnh c«ng suÊt cña t¶i vµ ®iÖn n¨ng cña t¶i 1102 = 1.210w = 1,21 kw P= U = R 10 A = PJ = 1.210 x 7.200 = 8.712 (J) 1.8- Sự biến đổi điện thành nhiệt 1- §Þnh luËt Jun xen x¬ - Dòng điện là dòng chuyển dời có hớng các điện tích, chuyển động các ®iÖn tÝch va ch¹m víi truyÒn ®iÖn n¨ng cho c¸c ph©n tö cña vËt dÉn lµm c¸c phân tử bị nóng, vật dẫn bị đốt nóng, đó là tác dụng nhiệt dòng điện §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (23) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu - NÕu gäi ®iÖn trë cña vËt dÉn lµ R th× dßng ®iÖn cã I = U/R C«ng suÊt P = U.I C«ng thùc hiÖn : A = PJ = I2 R.I (J) nÕu chuyÓn c«ng chuyÓn thµnh nhiÖt Q = 0,24 I2.R.I (cal) 1J = 0,24 (cal) ®a lîng nhiÖt cña c«ng * định luật phát biểu : - Là nhiệt lợng toả đờng điện dây dẫn tỷ lệ với bình phơng dòng điện với điện trở dây dẫn và thời gian trì dòng điện đó Xác định công dòng điện và nhiệt lợng toả dây dẫn cã : I = (A) ; U = (V) ( Häc sinh lµm bµi tËp t¹i líp víi sù híng dÉn cña gi¸o viªn ) 1.9- HiÖn tîng nhiÖt ®iÖn (Xem s¸ch gi¸o tr×nh §iÖn kü thuËt) Khi cho hai kim lo¹i kh¸c tiÕp xóc víi nhau, th× t¹i chç tiÕp xóc xuÊt hiện tợng khuếch tán điện tử Nếu chất A có số điện tử tự đơn vÞ khèi lîng lín h¬n chÊt B th× ®iÖn tö cña chÊt A khuÕch t¸n sang chÊt B §iÖn thÕ A > B th× t¹o thµnh mét ®iÖn ¸p U1 ë ®Çu tiÕp xóc vµ U2 ë ®Çu tiếp xúc hai Nếu nhiệt độ t1 = t2 thì U1 =U2 Sự chênh lệch điện áp hai đầu tiÕp xóc b»ng kh«ng Nếu nhiệt độ t1 > t2 thì U1 >U2 Khi đó hai đầu tiếp xúc có độ chênh lệch điện áp và đợc gọi là sức nhiệt điện động Nếu cắt A và nói vào đó mA thì dụng cụ đo trị số nào đó * Phô t¶i cho phÐp cña d©y dÉn : - Dòng điện chạy qua dây dẫn toả nhiệt làm dây dẫn nóng lên và toả môi trờng, to càng cao truyền môi trờng càng nhiều và đạt giá trị ổn định - to ổn định phụ thuộc vào dòng điện và điều kiện toả nhiệt §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (24) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu - Mỗi loại dây dẫn cho phép tăng với t o giới hạn định I > I định mức cho phÐp d©y dÉn bÞ qu¸ t¶i B¶o vÖ qu¸ t¶i : - Khi I dây dẫn vì nguyên nhân nào đó mà tăng quá mức t o toả lớn, dây dẫn có thể bị phá hang, để bảo vệ dây dẫn khỏi bị phá hang ngời ta ding các thiÕt bÞ b¶o vÖ nh cÇu ch×, r¬ le nhiÖt, m¸y c¾t - Khi dòng điện tăng quá trị số cho phép dây chảy cầu chì bị đốt nóng chảy đứt và cắt mạch điện tiết diện dây chảy đợc cho theo điều kiện dòng điện tính to¸n ITT ≥ (1,2 1,6) I®m 1.10- Tæn hao ®iÖn ¸p vµ tæn hao c«ng suÊt trên đờng dây : 1.10.1- Tæn hao ®iÖn ¸p - §iÖn n¨ng chuyÓn tõ nguån tíi n¬i tiªu thô I qua d©y dÉn sÏ t¹o nªn mét ®iÖn ¸p trªn R cña d©y dÉn V× vËy ®iÖn ¸p cña phô t¶i sÏ chªnh lÖch víi ®iÖn ¸p cña nguån - XÐt m¹ch nh (H.vÏ) U1 U2 Rt l 2l Ta cã Rd = S - Dßng cha ®i qua R d©y dÉn sÏ t¹o nªn ®iÖn ¸p U = I.Rd = I 2l S Đó chính là độ chênh lệch điện áp đầu đờng dây và cuối đờng dây Độ §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (25) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu chªnh lÖch qu¸ lín (®iÖn ¸p trªn t¶i qu¸ thÊp) c¸c thiÕt bÞ dïng ®iÖn lµm viÖc kh«ng b×nh thêng v× vËy víi c¸c thiÕt bÞ ta cã tæn thÊt ®iÖn ¸p cho phÐp -Đối với đèn (1- 2)% - §éng c¬ ( - )% - Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo UCP UCP Sd = I 2l UCP = P U 2l 100% = UCP P U22 2l U% .100% 1.10.2- Tæn hao c«ng suÊt - Khi có dòng điện chạy trên đờng dây công suất tổn hao là : 2I2 l - Nếu đờng dây càng dài, tiết diện dây nhỏ thì tổn thất công suất càng lớn, lãnh phí càng nhiều vì ta phải giảm hao công suất trên đờng dây : P = I U = I2.Rd = - T¨ng d -> KL -> kh«ng kinh tÕ - T¨ng ®iÖn ¸p cïng c«ng suÊt -> I -> P Bµi tËp : Có bóng đèn ghi 500w - 220v + Em h·y cho biÕt ý nghÜa cña c¸c sè trªn + H·y tÝnh I,R Gi¶i : Trên bóng đèn ghi 500w là công suất định mức bóng đèn, số 220v là hiệu điện định mức bóng đèn Ta cã dßng ®iÖn ch¹y qua bãng lµ : P 500 = = 2,3 (A) U 220 §iÖn trë cña bãng lµ : U = I.R R = U = 220 9,6 I 2,3 P = U.I –> + = §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (26) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu () 1.11 HÖ thèng c©u hái vµ bµi tËp luyÖn tËp R1 Bµi tËp sè A Cho m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ Cã: E = 120v r0 = 1 R1 = 4 R2 R3 R4 E R2 = 120 R3 = 50 R4 = 40 ro a TÝnh: Rtd vµ It® B b TÝnh dßng ®iÖn qua c¸c ®iÖn trë vµ t×m thµnh phÇn ®iÖn ¸p Gi¶i: a Ta cã: / RAB = / R2 + / R3 + / R4 RAB = R2.R3.R4 / (R3.R4 + R2.R4 + R2.R3) = 120.50.40/ (120.40+120.50+50.40) = 18,75 Rt® = RAB + R1 + r0 = 18,75 + + = 23,75 It® = E / Rt® = 120 / 23,75 = ( A ) V× m¹ch m¾c nèi tiÕp : It® = I1 = I0 = IAB = ( A ) Do m¹ch AB // UAB = U2 = U3 = U4 Mµ UAB RAB = 18,75 = 94 ( V ) b I2 = U2 / R2 = 94 / 120 = 0,78 ( A ) I3 = U3 / R3 = 94 /50 = 1,88 ( A ) I4 = U4 / R4 = 94 /40 = 2,35 ( A ) U0 = I0 r0 = = ( V ) U1 = I1 R1 = = 20 ( V ) R1 Bµi tËp sè Cho m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ: §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 E1 r01 E (27) R2 Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu E1 = 220 V ; E2 = 110 V R1 = 25 ; R2 =30 r01 = ; r02 = 0,5 r02 a TÝnh I ? b TÝnh c¸c thµnh phÇn ®iÖn ¸p ? Gi¶i: a TÝnh I ETM áp dụng định luật ôm: I = RTM (1) E = E1 + E2 = 220 + 110 = 330 (V) V× ®o¹n m¹ch m¾c nèi tiÕp nªn RTM = R1 + R2+ r01 + r02 (1) I = 330/ 106,3 = 3,1 (A) b.Tõ c«ng thøc: I = U / R U = I.R U1 = I R1 = 3,1 25 = 77,5 (V) U2 = I R2 = 3,1 30 = 93 (V) U01 = I r01 =3,1 = 3,1 (V) U02 = I r02=3,1 0,5 =1,55 (V) Bµi tËp sè Mét bÕp ®iÖn cã R = 24 () dßng ®iÖn lµm viÖc cña bÕp I = A NÕu muèn dßng ®iÖn cña bÕp gi¶m ®i lÇnth× R = ? nÕu U gi÷ nguyªn Gi¶i: Ta cã ®iÖn ¸p cña bÕp lµ: I= U →U =I R=5 24=120 R (V) §Ó dßng ®iÖn gi¶m ®i lÇn tøc lµ: I I =5 I → I = = =1 (A) 5 R= U =120 =120 () I §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (28) Ch¬ng I: M¹ch ®iÖn chiÒu R1 Bµi tËp sè R3 Cho m¹ch ®iÖn nh h×nh vÏ: R1 = R2 = R3 = R4 = 6 R2 R4 U a T×m RAB b TÝnh dßng qua c¸c R vµ hiÖu ®iÖn thÕ trªn mçi R Gi¶i: Ta cã: 1 = + R 12 R1 R2 R34= → R 12= R3 R4 24 = = =2,4 R3 + R4 4+6 10 R1 R2 = = =1,2 () R1 + R2 2+ ( → R AB =R 12+ R 34=1,2+2,4 () b Dßng m¹ch chÝnh I= U AB 18 = =5 R AB 3,6 (A) →U 12=I R12 =5 1,2=6 V× R1 // R2 → U1 = U2 = (V) → I 1= (V) U1 = =2 R1 (A) T¬ng tù: U34 = I R34 = 2,4 = 12 (V) U3 = U4 = 12 (V) VËy ta cã: I3 = U 12 = =3 (A) R3 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 I 4= U 12 = =2 R4 (A) (29) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ Ch¬ng II §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ 2.1- Tõ trêng cña dßng ®iÖn 2.1.1- Khái niệm chung từ trờng và đờng sức từ 1- Kh¸i niÖm vÒ tõ trêng XÐt TN (SGK §KT) * TN: Có nam châm đặt cạnh dây dẫn điện, có dòng điện ch¹y qua d©y dÉn ®iÖn, cã dßng ®iÖn ch¹y qua d©y dÉn ta they kim nam ch©m loch khỏi vị trí ban đầu đến vị trí hoàn toàn xác định đổi chiều dßng ®iÖn th× kim nam ch©m sÏ quay ngîc l¹i I - Thay kim nam ch©m b»ng mét d©y dÉn mang dßng ®iÖn kh¸c, d©y dÉn nµy bÞ hót nÕu dßng ®iÖn ®i d©y dÉn - Nh vËy : Xung quanh d©y dÉn mang I cã tõ trêng, biÓu hiÖn cña tõ trêng lµ T (dùng lực lên kim nam châm dây dẫn mang điện đặt gần nó, lực tác dụng đó gäi lµ lùc ®iÖn tõ d1 I1 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 d2 F1 F2 I2 (30) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ - Bản chất từ trờng: Từ trờng là dạng vật dẫn có biểu đặc chng là tác dụng lực điện từlên kim nam châm hay dây dẫn mang I đặt gần nó, hay nói cách tổng quát là xung quanh các điện tích chuyển động luôn lu«n tån t¹i mét tõ trêng vµ ngîc l¹i tõ trêng xuÊt hiÖn ë nh÷ng n¬i cã c¸c ®iÖn tích chuyển động 2- §êng søc tõ Khái niệm: Đờng sức từ là đờng cong vẽ từ trờng mà tiếp tuyến điểm nó chùng vớikim nam châm đặt điểm đó Đờng sức từ có chiều từ cực Nam đến cực Bắc kim nam châm 2.1.2- Tõ trêng cña d©y dÉn th¼ng - Đờng sức từ là đờng tròn đồng tâm nằm mặt phẳng vuông góc với dây dẫn, chiều đợc xác định theo quy tắc vặn nút chai Quy t¾c : VÆn cho c¸i më nót chai tiÕn theo chiÒu dßng ®iÖn th× chiÒu quay cán là chiều đờng sức từ 2.1.3- Tõ trêng cña èng d©y - Nếu chiều dài ống dây đủ lớn so với đờng kính thì đờng sức từ lòng ống dây song song với nhau, chiều đợc xác định theo quy tắc vặn nút chai (Hb) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (31) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ Quy t¾c : Quay cho c¸n më nót chai theo chiÒu dßng ®iÖn th× chiÒu cña c¸n mở nút chai là chiều đờng sức từ lòng ống dây ? Nêu khái niệm chung từ trờng và đờng sức từ trờng ? Nêu cách xác định chiều đờng sức từ dây dẫn thẳng có dòng điện ch¹y qua ( chiÒu dßng ®iÖn tù quy íc ) 2.2- Các đại lợng đặc trng từ trờng 2.2.1- C¶m øng tõ B - Đại lợng đặc trng cho độ mạch yếu từ trờng gọi là cờng độ từ cảm (c¶m øng tõ) KH lµ : B - Cờng độ từ cảm là đại lợng véc tơ B có phơng trùng với phơng F I.l Trong đó : + F là lực điện từ (N) BT : B = + I là cờng độ dòng điện dây dẫn (A) + l lµ chiÒu dµi cña d©y dÉn (m) §¬n vÞ : Tes la : KH lµ (T) 2.2.2- Cờng độ từ trờng - Đại lợng đặc trng cho khả gây từ dòng điện gọi là cờng độ từ trờng KH : (H) + Cờng độ từ trờng là đại lợng phụ thuộc vào lợng gây từ, không phụ thuộc vào môi trờng Cờng độ từ trờng luôn luôn tỷ lệ với dòng điện tạo từ trĐKT/ PN 2003 3504 - 019.00 (32) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ êng vµ phô thuéc vµo cÊu t¹o cña daay dÉn (d©y dÉn th¼ng, vßng d©y, èng d©y vµ kÝch thíc cña chóng) + Cờng độ từ trờng dòng điện dây dẫn thẳng điểm M cách d©t dÉn kho¶ng lµ R I H = 2. R + Cờng độ từ trờng lòng ống dây H = I.W l Trong đó : W Là số vòng cuộn dây (vòng) l Lµ chiÒu dµi èng d©y (m) I Là cờng độ dòng điện (A) §¬n vÞ tÝnh lµ ampe trªn mÐt (A/m) Kết luận : Cờng độ từ trờng là đại lợng véc tơ có phơng chiều tuỳ với phơng chiều cờng độ từ cảm 2.2.3- Tõ th«ng Khái niệm : Là đại lợng đo số đờng sức từ xuyên qua vuông góc với mÆt ph¼ng S gäi lµ th«ng l¬ng cña vÐc t¬ c¶m øng tõ qua mÆt ph¼ng S, gäi t¾t lµ tõ th«ng KH : + Trong từ trờng từ thông tích cờng độ từ cảm B xuyên qua vuông góc với mp (S) và diện tích đó = B.S §¬n vÞ tÝnh vªbe KH : (Wb) 1Wb = 1T.1m2 + NÕu tõ c¶m B xuyªn qua kh«ng vu«ng víi mp S thì từ đợc xác định Bn B = Bn.S.sin Trong đó : - Góc hợp cờng độ từ trờng và mp (S) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (33) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ - Bn H×nh chiÕu cña B lªn ph¬ng ph¸p tuyÕn n Bn B Bn B O B1 2.2.4- HÖ sè tõ thÈm 1- Hệ số từ thẩm tơng đối Để đăch trng cho đặc tính từ vật liệu ngời ta dùng hệ số thẩm từ tơng đối hệ số thẩm từ tơng đối vật liệu là tỷ số cờng độ từ cảm môi trờng nào đó với cờng độ từ cảm chân không cùng dòng điện gây từ KH : B Bo Trong đó : Bo là cờng độ từ cảm chân không -> = Hệ số thẩm từ tơng đối trờng cho ta biết với cùng dòng điện gây từ thì cờng độ từ cảm môi trờng lớn gấp bao nhiêu lần cờng độ từ cảm ch©n kh«ng 2- Hệ số từ thẩm tuyệt đối - Đại lợng đặc trng cho tính dẫn từ môi trờng nào đó gọi là hệ số thẩm từ tuyệt đối môi trờng KH : x H -> BT : x = B => B = x.H Nếu gọi o là hệ số thẩm từ tuyệt đối chân không thì ta có cờng độ từ c¶m ch©n kh«ng lµ : Bo = o.H B MÆt kh¸c ta cã : = Bo => = §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 x.H => x = .o o.H (34) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ Vậy hệ số thẩm từ tuyệt đối môi trờng tích số hệ số thẩm từ tơng hệ số thâmr từ tuyệt đối chân không Ngời ta xác định đợc : o = 4.10-7 (H/m) (Hen ry/mét) ? Nêu đại lợng đặc trng từ trờng ? Viết biểu thức và giải thích kÝ hiÖu ? 2.3- T¸c dông cña tõ trêng lªn d©y dÉn cã dßng ®iÖn 2.3.1- Lùc ®iÖn tõ - Khi dây dẫn có dòng điện đặt từ trờng, dây dẫn chịu lực từ trêng t¸c dông gäi lµ lùc ®iÖn tõ + §iÒu kiÖn : Lµ d©y dÉn ph¶i c¾t tõ trêng (Vu«ng gãc, xiªn gãc) + §é lín : F = B.I.l Trong đó : F = B.I.l.sin F lµ lùc ®iÖn tõ (N) B là cờng độ từ cảm (T) l Lµ chiÒu dµi t¸c dông cña d©y dÉn (m) + Chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái (phát biểu quy tắc giáo tr×nh §KT) 2.3.2- C«ng cña lùc ®iÖn tõ - Díi t¸c dông cña lùc ®iÖn tõ d©y dÉn cã dßng ®iÖn d©y dÉn sinh c«ng Công lực điện từ là đại lợng đo tích số lực với đoạn đờng mà dây dẫn đã dịch chuyẻen A = F.a (a lµ kho¶ng c¸ch) hoÆc A = B.I.l.a (I.B.S = I.) (S lµ tiÕt diÖn) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (35) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ 2.3.3- Lùc t¸c dông gi÷a c¸c d©y dÉn - Khi dây dẫn có dòng điện đặt gần xuất các lực điện từ tác dông lªn Chóng hót nÕu hai dßng ®iÖn cïng chiÒu, ®Èy hai dßng ®iÖn ngîc chiÒu 2.3.4- Nguyên lý động Giá sử có dây dẫn đặt từ trờng có cảm ứng từ (B), nối dây dẫn với nguån ®iÖn d©y dÉn cã dßng ®iÖn I d©y dÉn sÏ chÞu mét lùc t¸c dông F = B.I.l N S - Chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái Chiều tác dụng lực F dây dẫn chuyển động với vận tốc (V) theo phơng (F) Khi dây dẫn chuyển động các từ trờng dây dẫn xuất suất điện động chúng E = B.l.v - Chiều đợc xác định theo quy tắc bàn tay phải (E ngợc chiều I đợc gọi là xuÊt ph¶n ®iÖn) áp dụng định luật Kiếc hốp U = E + Ir.l => UI = EI + I2r P = F.V + P => P = P + P ® c¬ §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (36) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ Vậy đặt vào công suất điện ta đợc công suất ( biến điện thành năng), đó là nguyên lý động điện ? Khi dây dẫn có dòng điện đặt từ trờng thì chịu lực từ trờng tác dụng nên Vậy lực đó tác dụng nh nào ? Nêu nguyên lí động ? 2.4- M¹ch tõ 2.4.1- Kh¸i niÖm chung - C¸c phÇn tö lµm b»ng vËt liÖu s¾t tõ ghÐp l¹i víi gäi lµ tõ th«ng m¹ch tõ 2.4.2- Các đại lợng đặc trng - Suất từ động : KH : F = I.W - Tõ th«ng : KH : = B.S - Tõ ¸p : KH : UM = H.l - Tõ trë : KH : RM = M.Mo.l/S Trong đó : a) Sức từ đông : (Lực từ hoá) KH : (F) Dßng ®iÖn lµ nguån t¹o tõ trêng, kh¶ n¨ng g©y tõ cña d©y dÉn cã dßng điện gọi là lực từ hoá hay sức từ động F = I W Trong đó : I là cờng độ dòng điện W lµ sè vßng cña cu«n d©y cã dßng ®iÖn - Chiều sức từ động là chiều đờng sức từ lòng cuộn dây b) Từ thông (Ta đã xét phần trớc) c) Tõ ¸p : T¬ng tù nh ®iÖn ¸p ®iÖn trêng, tõ ¸p gi÷a ®iÓm tõ trờng là số đại số đo tích vé tơ Cờng độ từ trờng và độ dài đoạn thẳng nối với điểm §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (37) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ - Nếu từ trờng đoạn thẳng nối điểm trùng với đờng sức từ (UM = H.l) - Nếu đoạn thẳng nối điểm không trùng với đờng sức từ (UM = H.l.cot) - Nếu từ trờng không ta chia đoạn thẳng nối chiều thành các khoảng vô cùng nhỏ và coi thừ trờng khoảng đó là đều, ta có n (UM = Hi li) d) Tõ trë (Xem gi¸o tr×nh §KT) 2.4.3- Các định luật 1- Định luật cờng độ từ trờng Phụ thuộc vào cờng độ dòng điện là theo vòng kín, tổng đại số các từ áp tích số cờng độ dòng điện và dây n IM = H.l 2- §Þnh luËt «m Với mạch kín thì từ thông suất từ động chia cho từ trở mạch từ đó = F RM 3- §Þnh luËt K1 + K2 Tổng đại số các từ thông nút = 2.4.4- Tõ ho¸, chÊt s¾t tõ, tõ trÓ 1- Tõ ho¸ Trong vật sắt từ có các mô men từ phân tử các mô men này xếp hỗn độn, đặt vật liệu này vào từ trờng các mô men từ đợc xếp lại ta nói vật liệu bị tõ ho¸ §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (38) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ 2- ChÊt s¾t tõ ĐN : Là vật liệu có hệ số từ thẩm lớn, đặc tính nó là khả n¨ng nhiÔm tõ m¹nh 3- Tõ trÓ KN : Sau từ hoá vật liệu sắt từ dòng điện thì từ trờng tăng, đổi chiều dòng điện từ trờng đổi chiều dòng điện không từ trờng còn giá trị gọi là từ d, tiếp tục tăng dòng điện theo chiều đã đổi thì quá trình lập lại tơng tự, ta đợc đờng cong khép kín gọi là chu trình từ hoá Diện tích chu trình đợc gọi là mắt từ trể C¨n cø vµo m¾t tõ trÓ ngêi ta ph©n lo¹i vËt liÖu tõ 2.4.5- Nam ch©m ®iÖn - Là thiết bị gồm quận dây và lõi thép lõi thép động bị từ hoá, lõi thép động bị hút lại thực tế lõi thép động đóng vai trò các vật cần đợc từ hoá I Lõi sắt động U Cuén d©y Lâi s¾t tÜnh ? Nªu klh¸i niÖm chung vÒ m¹ch tõ cho vÝ dô cô thÓ ? Nêu các định luật mạch từ ? ThÕ nµo lµ tõ ho¸, chÊt s¾t tõ vµ tõ trÔ, øng dông ? §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (39) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ 2.5- HiÖn tîng c¶m øng ®iÖn tõ 2.5.1- Suất điện động cảm ứng 1- HiÖn tîng Gåm cuén d©y nam ch©m ®iÖn kÓ - Nếu ta dịch chuyển vị trí tơng đối nam châm và cuộn dây, kim điện kÕ lÖch vÞ trÝ ban ®Çu m¹ch xuÊt hiÖn dßng ®iÖn N S D©y dÉn - Nếu không dịch chuyển kim đứng yên, lòng mạch không có dòng điện + KÕt luËn : Trong m«i trêng, trêng hîp tõ th«ng qua m¹ch kÝn biÕn thiên làm suất suất điện động cảm ứng 2- Độ lớn suất điện động cảm ứng e = - W ( Là độ biến từ thông) Lµ Thêi gian tõ W Lµ sè vßng d©y - D©y dÉn th¼ng : e=Trong đó : = B.lv = B.l.v B Lµ c¶m øng tõ l Lµ vËn tèc di chuyÓn §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (40) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ Lµ thêi gian di chuyÓn 3- Xác định chiều Với ống dây ta áp dụng định luật len xơ (do nhà Bác Học ngời Nga Len xơ đã t×m ra) §Þnh luËt : Khi tõ th«ng xuyªn qua mét vßng d©y biÕn thiªn sÏ lµm xuÊt sức điện động gọi là sức điện động cảm ứng vòng dây Sức điện động này có chiều cho dòng điện nó sinh tạo thành từ có tác dụng chống lại biến thiên từ thông đã sinh nó ? Giải thích tợng ta dịch chuyển vị trí tơng đối nam châm ®iÖn vµ cuén d©y ( ë thÝ nghiÖm ) Phát biểu định luật cảm ứng điện từ ? 2.5.2- Nguyªn lý m¸y ph¸t ®iÖn - Khi dây dẫn chuyển động vuông góc với đờng sức từ với vận tốc (v) thì dây dẫn xuất sức điện động cảm ứng E - B.v.l - NÕu m¹ch ngoµi nèi kÝn qua ®iÖn trë R (phô t¶i) th× m¹ch cã dßng ®iÖn c¶m øng, dßng nµy qua d©y dÉn lµm xuÊt hiÖn mét lùc ®iÖn tõ F = B.I.l (chiều đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái) Từ hình vẽ ta thấy lực F cản trở chuyển động dây dẫn Nh để dây dẫn tiếp tục chuyển động với vận tốc v, ta phải tác dụng vào dây dẫn lực trị số lực F nhờ động sơ cấp, công suất động sơ cấp cung cấp cho động sơ cấp là : Pc¬ = F.V = B.I.l.v = E.I = P®iÖn Kết là dây dẫn chuyển động từ trờng đã có tác dụng biến công suất động thành công suất điện động cung cấp cho phụ tải (đó chinh slà nguyên tắc máy phát điện) 2.5.3- HiÖn tîng tù c¶m §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (41) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ 1- HiÖn tîng Có quận dây đợc mắc với nguồn điện nh Hình vẽ - Khi đóng (K) dòng điện không đạt giá trị cực đại mà tăng từ từ - Khi më (K) dßng ®iÖn kh«ng gi¶m vÒ mµ gi¶m tõ tõ HiÖn tîng nh trªn gäi lµ hiÖn tîng tõ c¶m A I + E - L K 2- Gi¶i thÝch - Khi đóng (K) dòng điện tằng từ I, (K) mở dòng điện giảm từ I dòng điện này sinh từ thông qua quận dây thay đổi, theo định luật cảm ứng điện từ quận dây sinh suất điện động cảm ứng, suất điện động này sinh dßng ®iÖn ngîc chiÒu víi dßng ®iÖn ch¹y m¹ch (kh«ng cho dßng điện) Nh dòng điện qua quận dây thay đổi làm cho quận dây sinh suất điện động cảm ứng gọi là suất điện động tự cảm 3- §é lín lTC = - L i i = I2 - I1 = T2 - T1 4- ChiÒu - NÕu i > I2 > I1 l ngîc chiÒu víi I - NÕu < I2 < I1 l cïng chiÒu víi I §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (42) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ * Chó ý : Khi c¾t m¹ch dßng ®iÖn tù c¶m khèng chÕ kh«ng cho dßng ®iÖn chính không ngay, suất điện động cảm ứng sinh trờng hợp này lớn cã thÓ g©y nguy hiÓm chã cuËn d©y, v× vËy ta ph¶i t×m c¸ch h¹n chÕ suÊt ®iÖn động cảm ứng này ? Nªu nguyªn lý m¸y ph¸t ®iÖn ? ViÕt biÓu thøc lùc ®iÖn tõ vµ gi¶i thÝch ? Giải thích tợng xảy nh nào khoá K hai trạng thái đóng, mở ? 2.5.4- HiÖn tîng hç c¶m 1- HiÖn tîng - Có cuộn dây đặt gần cuộn nối với nguồn biến đổi, cuộn có dßng ®iÖn - Vì cuộn có dòng điện biến đổi nên ssinh suất điện động tự cảm W1 W2 U~ i - Từ thông cuận sinh biến đổi mắc vòng sang quận sinh suất điện động cảm ứng gọi là suất điện động hỗ cảm LC1 = L1 i2 i2 dßng ®iÖn I2 sinh tõ th«ng 2 sinh s®® ehc1 = - M’ - Nh tợng hỗ cảm là tợng cảm ứng điện từ có cuộn dây đặt gÇn LC2 = L2 Nếu (1) (2) dòng điện biến đổi thì gây suất điện động cảm ứng cuén d©y vµ ngîc l¹i 2- §é hç c¶m (M) √ l1 ×l - Khi gÐp chÆt cuén d©y víi : M = §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (43) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ øng dông - Dùng để chế tạo máy biến áp 2.5.5 Dßng ®iÖn xo¸y HiÖn tîng cho tõ th«ng biÕn thiªn xuyªn qua mét khèi thÐp Trong khèi thÐp sÏ xuÊt hiÖn sức điện động cảm ứng.vì là khối thép liền nên khối thép xuất dòng điện cảm ứng Chạy quẩn khối thép đógọi là dòng điện xo¸y.( hay cßn gäi lµ dßng ®iÖn phu c« ) §Þnh nghÜa dßng ®iÖn xo¸y dßng ®iÖn xo¸y lµ dßng ®iÖn c¶m ngsinh khèi vËt liÖu (khèi kim lo¹i ) cã tõ trêng biÕn thiªn qua nã Tốc độ từ trờng càng lớn thì sức điện động cáng lớn ý nghÜa a T¸c h¹i - dòng điện xoáy chạy khối thép lớn đốt nóng kim loại, có thể làm ch¸y c¸ch ®iÖn vµ c¸c cuén d©y quÊn trªn lâi thÐp §Ó gi¶m dßng ®iÖn xo¸y, ngêi ta kh«ng chÕ t¹o lâi thÐp m¸y ®iÖn b»ng mét khèi mµ ding nhiÒu lâi thép mỏng đợc phủ sơn cách điện ghép lại với nhau, nh dòng điện xoáy khÐp kÝn m¹ch l¸ thÐp máng cã ®iÖn trë lín nªn dßng ®iÖn nhá b, øng dông - Dßng ®iÖn xo¸y øng dông s¶n xuÊt, bªn c¹nh nh÷ng t¸c h¹i mµ dßng điện xoáy gây thì sản xuất dòng điện xoáy đợc dùng lĩnh vực luyện kim, thÝ nghiÖm ®iÖn, dông cô ®o ®iÖn… 2.6 HÖ thèng c©u hái vµ bµi tËp luyÖn tËp I C©u hái Giải thích khái niệm từ trờng Đờng sức từ là gì ? Từ trờng có đờng sức tõ nh thÕ nµo ? §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (44) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ 2.Xác định đờng sức từ dây dẫn thảng, vòng dây, cuộn dây có dòng điện Sức từ động và từ áp là gì ? phân biệt hai đại lợng đó Cờng độ từ trờng và cờng độ từ cảm là gì ? phân biệt hai đại lợng đó Từ thông là gì ? cách xác định nh nào ? Phát biểu và giải thích định luật toàn dòng điện Từ đó hãy nêu cách xác định cờng độ từ trờng và từ cảm dây dẫn thẳng, vòng dây, cuộn dây có dòng điện Trình bày cách xác định công lực điện từ Hãy giả thích các vòng dây có dòng điện đặt từ trờng luôn có xu hớng dịch chuyển tới vị trí có từ th«ng lín nhÊt Giải thích các đại lợng và phát biểu các định luật mạch từ cách giải mạch tõ nh thÕ nµo ? Phát biểu định luật cảm ứng điện từ và giải thích công thức Măcxoen các trêng hîp: a, Từ thông không đổi b, Tõ th«ng t¨ng c, Tõ th«ng gi¶m 10 Tr×nh bµy nguyªn t¾c biÕn c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng vµ ngîc l¹i 11 Dßng ®iÖn xo¸y lµ g× ? Cho biÕt øng dông vµ t¸c h¹i cña dßng ®iÖn xo¸y 12 §iÖn c¶m lµ g× ? §iÖn c¶m phô thuéc vµo nh÷ng yÕu tè nµo ? Khi nµo ®iÖn c¶m phô thuéc vµo trÞ sè dßng ®iÖn ? 13 Giải thích xuất s.đ.đ Tự cảm Tại đóng mạch đ cảm, dòng điện không thể tăng tức thời tới trị số ổn định, mà phải qua quá trình quá độ 14 Gi¶i thÝch sù xuÊt hiÖn s.®.® Hç c¶m II Bµi tËp Tính cờng độ từ trờng và cờng độ từ cảm điểm chân sứ cách dây dẫn mét ®o¹n a = 8cm, biÕt dßng ®iÖn d©y dÉn lµ I = 85 A §¸p sè: H = 170 A/ m ; B = 2,13.10-4T §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (45) Ch¬ng II: §iÖn tõ vµ c¶m øng ®iÖn tõ Cờng độ từ trờng cuộn dây H = 500 A/m Lõi cuộn dây thép biến ¸p, tiÕt diÖn S = cm2, hÖ sè tõ m«i = 2400 TÝnh tõ c¶m vµ tõ th«ng lâi thÐp §¸p sè: B = 1,5 T ; = 6.10-4wb Một đoạn dây dẫn dài 20cm có dòng điện 20 A, đặt từ trờng, bị đẩy mét lùc 0,98N Tìm cờng độ từ cảm B Rô to máy điện có đờng kính 6cm, dài 10 cm , có đặt w vòng dây Dòng ®iÖn qua mçi vßng d©y lµ A Tõ c¶m trung b×nh ë khe hë kh«ng khÝ lµ 0,5 T T×m m« men ®iÖn tõ t¸c dông lªn r«to §¸p sè: M = 0,01210 Nm Xuyến thép có tiết diện S = 0,001 m 2, chiều dài đờng sức trung bình là 0,3m Trên xuyến có khe không khí cắt ngang đờng sức, = 1mm Thép có = 10-4H/m Cuộn dây từ hoá có 568 vòng, dòng điện từ hoá 10A Xác định từ th«ng xuyÕn §¸p sè: = 1,5.10-3wb §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (46) Ch¬ng42 42III : 42M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 42pha42 Ch¬ng III M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha 3.1- Dßng ®iÖn xoay chiÒu h×nh sin 3.1.1- Kh¸i niÖm - Dòng điện xoay chiều là dòng thay đổi chiều và trị số theo thời gian - Dòng điện () thờng biến đổi tuần hoàn, nghĩa là sau khoảng thời gian định nó lặp lại quá trình biến thiên nh cũ, quá trình biến thiên này theo hàm số sin đợc gọi là dòng điện xoay chiều hình sin 3.1.2- C¸ch t¹o dßng ®iÖn xoay chiÒu Nguyªn lý m¸y ph¸t ®iÖn pha: a CÊu t¹o - gåm phÇn c¶m lµ nam ch©m vÜnh hoÆc nam ch©m ®iÖn, phÇn øng lµ khung d©y vµ hÖ thèng vßng tiÕp xóc chæi than N a c b b Nguyªn lý lµm viÖc d S + Cho khung d©y (a, b, c,d) quay tõ trêng khung d©y xuÊt hiÖn suất điện động cảm ứng (theo định lý cảm ứng điện từ) chiều suất điện động này xác định theo quy tắc bàn tay phải (nh hình vẽ) Nếu nối tải ta có dßng ®iÖn §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (47) Ch¬ng43 43III : 43M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 43pha43 + Nếu quay khung dây 1800 thì suất điện động khung dây đổi chiều dòng điện qua phụ tải đổi chiều KÕt luËn: Víi nguyªn lý lµm viÖc nh trªn dßng ®iÖn qua phô t¶i lµ dßng ®iÖn xoay chiÒu 3.1.3- Thành lập biểu thức suất điện động xoay chiều + Suất điện động hình sin đợc tạo máy phát điện xoay chiều pha ký hiệu là E: để tính toán suất điện động này ta giả thiết nh sau: + Hệ thống cực từ phần cảm đợc chế tạo cho cảm ứng từ B phân bố theo quy luËt hµm sè sin BiÓu thøc: B = Bm.sin t + Khi m¸y ph¸t ®iÖn lµm viÖc khung d©y quay víi vËn tèc v nªn ta cã biÓu thøc: e = 2Bm.lv.sint NÕu khung d©y cã w vßng th×: e = 2.Bm.lv.w.sint => e = Em.sint + Nh vËy nÕu phÇn c¶m B biÕn thiªn theo quy luËt hµm sè sin th× ®Çu khung dây đợc suất điện động biến thiên theo quy luật hàm số sin 3.1.4- Biểu diễn đồ thị - Để biểu diễn hàm số suất điện động đồ thị ta xét số giá trị các thời điểm đặc biệt e = e = = /2 e = Em = e = 3/2 /2 2 = 3/2 e = -Em = 2 e = Đồ thị trên đợc gọi là đồ thị sóng §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (48) Ch¬ng44 44III : 44M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 44pha44 ? Nªu kh¸i niÖm dßng ®iÖn xoay chiÒu - dßng ®iÖn h×nh sin ? C¸ch t¹o dßng ®iÖn xoay chiÒu ? Hãy xây dựng biểu thức suất điện động xoay chiều dựa trên nguyên lí máy ph¸t ®iÖn ? Biểu diến trên đò thị và gọi là đồ thị sóng ? 3.2- Các đại lợng đặc trng 3.2.1- Chu kú - Là khoảng thời gian nhỏ để dòng điện lặp lại quá trình biến thiên nh cũ, nó đợc ký hiệu là T, đơn vị là giây (s) 3.2.2- TÇn sè - Lµ sè chu kú thùc hiÖn mét gi©y gäi lµ tÇn sè, ký hiÖu f, đơn vị tính là 1/giây = Hz (héc) , f = 1/T => T = 1/f 3.2.3- Gi¸ trÞ tøc thêi - Giá trị tức thời đại lợng xoay chiều hình sin đặc trng cho tác dụng trị lợng hình sin thời điểm Còn đặc trng cho tác dụng trung bình đại lợng xoay chiÒu h×nh sin toµn bé chu kú vÒ mÆt n¨ng lîng 3.2.4- Biên độ - Là giá trị lớn đại lợng xoay chiều 3.2.5- Gi¸ trÞ hiÖu dông - Trị số hiệu dụng đại lợng xoay chiều hình sin có giá trị tơng đơng với dòng chiều chúng cùng qua điện trở cùng đơn vị thời gian mét chu kú th× to¶ nhiÖt lîng nh Ký hiÖu lµ I, U , E - Quan hệ trị số hiệu dụng và trị số cực đại ta có biểu thức: + Dßng ®iÖn: cã I = Im/ √ + §iÖn ¸p: U = Um/ √ §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (49) Ch¬ng45 45III : 45M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 45pha45 + suất điện động: E = Em/ √ Chú ý: Các số trên các dụng cụ đo điện là số hiệu dụng các đại lợng hình sin thông thờng nói tới trị số các đại lợng xoay chiều hình sin lµ nãi tíi trÞ sè hiÖu dông cña chóng 3.2.6- Pha vµ sù lÖch pha a) Sự đồng pha: Khi các đại lợng xoay chiều cùng lúc đạt giá trị thì gãc 0 b»ng b) Sự lệch pha: Khi các đại lợng xoay chiều cùng lúc đạt giá trị khác thì gãc 0 kh¸c ? 1.Nêu các đại lợng đặc trng suất điện động ? Thế nào là đồng pha và lệch pha ? Háy giải thích ? 3.3- Biểu diễn các đại lợng xoay chiều hình sin đồ thị véctơ 3.3.1- Biểu diễn đại lợng ( Quy ớc ) 1) C¸ch biÓu diÔn BiÓu diÔn díi d¹ng sãng + Đồ thị sóng đợc dùng để tính tổng hiệu các đại lợng xoay chiều cách cộng hay trừ các tung độ tơng ứng BiÓu diÔn b»ng vect¬ quay: + Quy ớc: Đại lợng xoay chiều đựoc biểu diễn vectơ quay mặt phẳng toạ độ vuông góc Véc tơ có điểm đặt gốc toạ độ, chiều dài vectơ vào trị số hiệu dụng đại lợng xoay chiều với tỉ lệ xích tuỳ ý Vectơ luôn quay ngợc chiều kim đồng hồ với vận tốc góc , véc tơ đó hợp với trôc hoµnh mét gãc t¬ng øng víi pha gèc lµ 0 VÝ dô: y Cho ph¬ng tr×nh ®iÖn ¸p Ut = 110 √ sin(t + /4) CÆp hiÖu dông pha ®Çu (110 - /4) x y U 0 = /4 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (50) Ch¬ng46 46III : 46M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 46pha46 Hãy biểu diễn đại lợng hình sin đó vectơ quay Bớc 1: Chọn hệ trục toạ độ Bớc 2: Xác định pha gốc 0 = /4 từ trục Ox (góc /4) Bíc 3: Chän tû lÖ xÝch 1cm =10V => U = 11cm Bíc 4: ChiÒu quay cña vect¬ 3.3.2- Cộng trừ các đại lợng đồ thị véctơ - Muốn xác định tổng và hiệu các đại lợng xoay chiều vectơ quay trên cùng hệ trục toạ độ, cùng tỷ lệ xích áp dụng quy tắc cộng trừ vectơ 1) Ph¬ng ph¸p céng * Phơng pháp đặt liên tiếp Ta đặt liên tiếp các vectơ lên cùng chiều, cùng phơng, cùng giá trị, sau đó nối gốc vectơ đầu với vectơ cuối, ta đợc vectơ tổng H×nh vÏ: e1 e2 x e1+e2 2) Ph¬ng ph¸p trõ §Æt liªn tiÕp c¸c vect¬ cïng ph¬ng, cïng gi¸ trÞ nhng ngîc chiÒu rèi nèi gèc cña vectơ đầu với vectơ cuối ta đợc vectơ hiệu e1 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 e2 e1-e2 x (51) Ch¬ng47 47III : 47M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 47pha47 ? Nêu cáh biẻu diến các đại lợng xoay chiềuhình sin ? Cho ví dụ minh hoạ Xây dựng phơng pháp cộng - Trừ các đại lợng đồ thị ? 3.4- TÝnh chÊt cña m¹ch ®iÖn xoay chiÒu 3.4.1- M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn trë §Þnh nghÜa M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn trë lµ m¹ch ®iÖn mµ phô t¶i cña nã lµ c¸c ®iÖn tr¬ thuÇn tuý (hay ®iÖn trë lý tëng) I TÝnh chÊt U Giả sử ta đặt vào đầu đoạn R m¹ch ®iÖn ¸p cã ph¬ng tr×nh U = Um.sin(t +) th× m¹ch còng cã dßng ®iÖn xoay chiÒu cã d¹ng i = Im sin(t +) Vậy theo định luật ôm ta có: I = U/R => I= Um sin(t +) R => i = Im sin(t +) Kết luận: Trong mạch điện xoay chiều trở thì điện áp và dòng điện đồng pha vµ cã trÞ sè UR = I.R Nh vËy ®iÖn n¨ng trªn ®iÖn trë biÕn thµnh nhiệt và công suất tiêu thụ trên điện trở đợc gọi là công suất tác dông: P = U.I = I2.R (W) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 y U I u = i (52) x Ch¬ng48 48III : 48M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 48pha48 3.4.2- M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn c¶m 1) §Þnh nghÜa M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn c¶m lµ m¹ch ®iÖn nhÊt chØ cã mét ®iÖn c¶m L thuÇn tuý, cßn c¸c thµnh phÇn kh¸c nh R vµ C coi nh b»ng 2) TÝnh chÊt * Ta xÐt m¹ch ®iÖn cã L Giả sử ta đặt vào đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có phơng trình: U = Um sin(t ++ 900) th× m¹ch cã dßng ®iÖn xoay chiÒu cã ph¬ng tr×nh: I = Im sin(t +) vµ lóc nµy dßng ®iÖn biÕn thiªn qua cuén d©y l lµm xuÊt hiÖn suất điện động cảm ứng eL = -L Δi Δt = -L Δim sin ωt Δt vËy ta cã: U + I = IR Theo định luật Kiếc hốp cho mạch kín thì U + E =0 vì R = => E =U KÕt luËn: Trong m¹ch thuÇn c¶m th× ®iÖn ¸p cña nguån lu«n lu«n c©n b»ng víi suất điện động cảm ứng sinh cuộn dây, nghĩa là trị số thì nhng đối pha 3) Quan hÖ U, I UL §iÖn ¸p vît pha so víi dßng ®iÖn mét gãc /2 VÒ trÞ sè: UL = I.XL VËy XL = .L = 2.f.L 4) C«ng suÊt §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 /2 I (53) Ch¬ng49 49III : 49M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 49pha49 M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn c¶m lµ kh«ng tiªu hao ®iÖn n¨ng gi÷a nguån mµ chØ có trao đổi lợng nguồn với từ trờng cuộn dây, ký hiệu là Ql = U.I = I2.Xl (VAR) 3.4.3- M¹ch ®iÖn xoay chiÒu thuÇn dung C 0; L,R = §èi víi m¹ch ®iÖn cã ®iÖn dung víi dßng chiÒu chØ bá qua tô lóc n¹p vµ phãng ®iÖn Ui ë m¹ch xoay chiÒu dßng ®iÖn tån t¹i l©u da× v× m¹ch chØ cã tô ®iÖn nªn toµn bé U điện áp nguồn đợc đặt vào tụ : UC = U i /2 ë 1/4 chu kú ®Çu cña ®iÖn ¸p trÞ sè t¨ng tõ 0 /2 3/2 t đến giá trị cực đại (+) tụ điện bắt đầu nạp điện, điện áp trên tụ tăng dần dòng điện giảm dần từ cực đại i = e = dU/dT - Nh đặc trng cho cản trở dòng điện tụ điện đợc gọi là dung kháng ®iÖn dung lín th× sù c¶n trë nhá vµ ngîc l¹i ®iÖn dung nhá th× c¶n trë lín XC = / .C = / 2.f.C Khi tÇn sè t¨ng dung kh¸ng gi¶m, dßng ®iÖn t¨ng NÕu U = Um sin(t +) i = e.dU/d = e Um sint i(+) = e U sin(t+/2) = Im sin(t+/2) đó : Im = Um.C => Im = Um/XC = Um.1/.C KÕt luËn: Trong m¹ch xoay chiÒu thuÇn dung dßng ®iÖn nhanh pha h¬n ®iÖn ¸p gãc 900 C«ng suÊt trªn m¹ch thuÇn dung lµ qu¸ tr×nh /2 biến đổi lợng nguồn với tụ điện I díi d¹ng n¨ng lîng gi÷a nguån víi tô ®iÖn dới dạng lợng điện trờng đợc gọi lµ c«ng suÊt ph¶n kh¸ng Uc Ký hiÖu: QC §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (54) Ch¬ng50 50III : 50M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 50pha50 QC = I2.XC = IC.UC IC = UC/XC 3.4.4- M¹ch ®iÖn R-L-C nèi tiÕp 1) Sơ đồ mạch R UR L C UC UL U 2) Quan hÖ I, U - Giả sử đặt đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều mạch có dòng ®iÖn xoay chiÒu i = Im.sint dßng ®iÖn nµy ®i qua c¸c thµnh phÇn trë kh«ng t¹o nªn c¸c ®iÖn ¸p t¬ng øng UR + Thành phần đặt trên R gọi là thµnh phÇn t¸c dông cña ®iªn ¸p I Ký hiÖu: UR thµnh phÇn ®iÖn ¸p UL đồng pha với dòng điện UR = I.R /2 + Thành phần điện áp đặt trên L I gäi lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p ph¶n kh¸ng Ký hiÖu: UL , thµnh phÇn ®iÖn ¸p vît pha so víi dßng ®iÖn gãc /2 /2 I UL = I.Xl + Thành phần điện áp đặt trên C gäi lµ thµnh phÇn ®iÖn ¸p ph¶n kh¸ng Uc Ký hiÖu: Uc, thµnh phÇn ®iÖn ¸p chËm pha so víi dßng ®iÖn gãc /2: UC = I.XC Nh điện áp đặt vào mạch tổng điện áp thành phần vÒ trÞ sè tøc thêi: U = UR + UL + UC vÒ trÞ sè hiÖu dông: U = UR + UL + UC §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (55) Ch¬ng51 51III : 51M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 51pha51 §å thi vect¬ vµ tam gi¸c ®iÖn ¸p: UL UL UC UX=UL+U C U - Thùc hiÖn phÐp céng vectơ ta đợc đồ thị UR I - Từ đồ thị vectơ ta thấy dòng và áp lệch pha góc là - XÐt tamUC gi¸c OAB: Vect¬ U chÝnh lµ b»ng tæng vevt¬ ®iÖn ¸p thµnh phÇn vµ lµ c¹nh huyÒn cña OAB, c¹nh lµ c¹nh gãc vu«ng - C¹nh OA = UR = I.R thµnh phÇn t¸c dông cña ®iÖn ¸p - C¹nh AB = UX = UL – CL = I.(XL-XC) thµnh phÇn ph¶n kh¸ng ®iÖn ¸p - Tam gi¸c vu«ng cã c¹nh huyÒn lµ vect¬ ®iÖn ¸p , c¹nh gãc vu«ng lµ thµnh phần điện áp tác dụng và điện áp phản kháng, tam giác đó là tam giác điện áp m¹ch ®iÖn xoay chiÒu mét pha cã R-L-C - Tõ tam gi¸c ®iÖn ¸p ta cã biÓu thøc: U = √ U R +U X = tg = UX UR = U L −U C ¿2 UR +¿ √¿ UX =UL+UC U UR I U L −U C UR >0 - TrÞ sè tøc thêi cña ®iÖn ¸p tæng lµ: U = Um.sin(t + ) Chó ý: - Tõ tam gi¸c ®iÖn ¸p: §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (56) Ch¬ng52 52III : 52M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 52pha52 + NÕu XL > XC UL > UC tg > > + NÕu XL < XC UL < UC tg < < - §iÖn ¸p chËm pha so víi dßng ®iÖn mét gãc /2 - Tõ tam gi¸c ®iÖn ¸p nÕu biÕt ®iÖn ¸p gãc ta Cã thÓ suy ®iÖn ¸p thµnh phÇn I UR = U.cos UX = U.sin UR UX =UL+UC U 3) Tæng trë, tam gi¸c tæng trë >0 a,Tổng trở: Ta đã biết biểu thức tam giác điện áp: U = √ U R +U X = = U L −U C ¿2 UR +¿ √¿ I X L − I X C ¿2 X L − X C ¿2 = I R ¿2 +¿ I R ¿2 +¿ ¿ ¿ √¿ √¿ lîng X = XL – XC = 2.f.L - π f C gäi lµ trë kh¸ng ph¶n kh¸ng cña m¹ch ®iÖn xoay chiÒu - Lîng X L − X C ¿2 R ¿2 +¿ ¿ √¿ cã vai trß nh ®iÖn trë m¹ch ®iÖn thuÇn trë nên đợc gọi là trở kháng toàn phần hay gọi là tổng trở mạch điện xoay chiều Ký hiệu: Z (đơn vị đo là ) ; Z= X L − X C ¿2 R ¿2 +¿ ¿ √¿ Do đó ta có I = U/Z, từ đó có định luật Ôm phát biểu nh sau: §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (57) Ch¬ng53 53III : 53M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 53pha53 §Þnh luËt: - Trị số hiệu dụng đặt vào mạch và tỷ lệ nghịch với tổng trở toàn mạch b, Tam gi¸c tæng trë - Nếu lấy các cạnh tam giác điện áp chia cho I ta đợc tam giác đồng dạng với tam giác điện áp Tam giác đó đợc gọi là tam giác tổng trở, gồm cạnh: + C¹nh huyÒn: Z = U / I - lµ tæng trë cña m¹ch + C¹nh gãc vu«ng: R = UR / I – lµ trë kh¸ng t¸c dông cña m¹ch + C¹nh gãc vu«ng: X = UX / I – lµ trë kh¸ng ph¶n kh¸ng cña m¹ch - Từ tam giác tổng trở biết R và X ta có thể xác định đợc Z và : √ R 2+ X = Z=Z= X R tg = * Chó ý: = X L − X C ¿2 R ¿2 +¿ ¿ √¿ XL − XC R B Z R Tõ tam gi¸c tæng trë ta thÊy: A ( > 0) + NÕu XL > XC th× > + NÕu XL < XC th× < X R X Z 4) C«ng suÊt, tam gi¸c c«ng suÊt a, C«ng suÊt ( < 0) - C«ng suÊt m¹ch R-L-C nèi tiÕp cã thµnh phÇn + C«ng suÊt tiªu hao trªn ®iÖn trë gäi lµ c«ng suÊt t¸c dông P = .I2.R = I UR = U.I.cos (W) + C«ng suÊt ph¶n kh¸ng gåm thµnh phÇn Thành phần trao đổi lợng nguồn và từ trờng cuộn dây: QL = I2.XL = I.UL Thành phần trao đổi lợng nguồn và điện trờng tụ điện §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (58) Ch¬ng54 54III : 54M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 54pha54 QC = I2.XC = I.UC Hai thµnh phÇn nµy ngîc pha nªn c«ng suÊt ph¶n kh¸ng lµ: Q = QL – QC = I2.(XL-XC) = I (UL-UC) = I2.X = U.I.sin (VAR) Vậy công suất phản kháng Q đặc trng cho trao đổi lợng nguồn và c¸c trêng + C«ng suÊt toµn phÇn hay cßn gäi lµ c«ng suÊt biÓu kiÕn, ký hiÖu lµ S, nã đặc trng cho khả chứa công suất thiết bị điện Công suất biểu kiến đợc tính tích số dòng điện định mức với điện áp định mức cña thiÕt bÞ ®iÖn: S = U.I = I2.Z (VA) b, Tam gi¸c c«ng suÊt Nếu đem nhân cạnh tam giác tổng trở với bình phơng dòng điện ta đợc tam giác đồng dạng với tam giác tổng trở, tam giác đó là tam giác c«ng suÊt Trong đó cạnh huyền : S = U.I = I2.Z (công suất biểu kiến) - C¹nh gãc vu«ng P = I2.R c«ng suÊt t¸c dông Q = I2.X c«ng suÊt ph¶n kh¸ng QC QL P S Q S P suÊt nÕu biÕt A P vµ Q th× : - Tõ tam gi¸c c«ng > QL − QC ¿ S = √ P 2+Q2 = P2 +¿ QC QL >0 √¿ Q L −QC tg = Q = P P §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (59) Ch¬ng55 55III : 55M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 55pha55 - NÕu biÕt S vµ th× : P = S.cos; Q = S.sin 3.4.5- M¹ch ®iÖn R-L-C m¾c song song 1) Quan hệ dòng, áp, đồ thị vectơ I * H×nh vÏ: IR R U IL IC L C - Giả sử đặt vào đầu mạch điện áp xoay chiều: U = Um.sint, đó dòng điện qua trở iR đồng pha và điện áp: IR = U/G = g.U Trong đó: g gọi là điện dẫn tác dụng (g = / G) - Dßng ®iÖn qua ®iÖn c¶m (iL) chËm pha sau ®iÖn ¸p gãc 900 vµ cã trÞ sè : IL = U / XL = bL.U Trong đó: bL gọi là điện dẫn cảm kháng - Dßng ®iÖn qua ®iÖn dung (iC) vît pha tríc ®iÖn ¸p gãc 900 vµ cã trÞ sè: IC = U / XC = bC.U Trong đó: bC gọi là điện dẫn dung kháng VËy dßng ®iÖn m¹ch chÝnh b»ng tæng dßng ®iÖn c¸c nh¸nh + VÏ trÞ sè tøc thêi + VÏ trÞ sè hiÖu dông : i = i R + iL + iC I = IR + IL + IC §å thÞ: Thực phép cộng vectơ ta đợc: §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (60) Ch¬ng56 56III : 56M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 56pha56 IC UA IR IX=IL-IC I IL IC IL - Từ đồ thị vectơ ta thấy IL và IC luôn luôn đối pha nên trị số tổng vectơ trị số hiệu dụng chúng và đợc gọi là thành phần phản kháng dßng ®iÖn IX = IL-IC = U.(bL-bC) = U.bX - XÐt tam gi¸c OAB gäi lµ tam gi¸c dßng ®iÖn Tõ tam gi¸c dßng ®iÖn => tam gi¸c tæng dÉn OAB Trong đó: bX = bL-bC điện dẫn phản kháng - Tõ tam gi¸c dßng ®iÖn vµ tam gi¸c tæng dÉn ta cã: I = √I R +Ix 2 IX IR tg = g - NÕu biÕt I vµ gãc ta cã: y IR = I.cos vµ iX = I.sin Y= √ g 2+b X = b L −b C ¿ g 2+¿ √¿ A ; tg = bX / g = bL − bC g B bX=bL-bC bC bL 2) C«ng suÊt - C«ng suÊt t¸c dông: P = U.I.cos = U2.g = U.IR §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (61) Ch¬ng57 57III : 57M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 57pha57 C«ng suÊt ph¶n kh¸ng: Q = U.I.sin = U2.bX = U.IX - C«ng suÊt biÓu kiÕn: S = U.I = U2.Y 3.4.6- Céng hëng ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn 1) HiÖn tîng vµ ®iÒu kiÖn a, HiÖn tîng - Trong m¹ch xoay chiÒu kh«ng ph©n nh¸nh thµnh phÇn ph¶n kh¸ng (U L vµ CL) lu«n lu«n ngîc pha nªn trÞ sè tøc thêi cña chóng t¹i mäi thêi ®iÓm ngîc dÊu vµ cã t¸c dông bï trõ cho - NÕu tri sè hiÖu dông U L = CL th× chóng triÖt tiªu cho vµ ®iÖn ¸p nguån chØ còn thành phần điện áp đặt vào điện trở R Do đó: U R = U, đó mạch trạng th¸i lµ céng hëng Khi m¹ch ë tr¹ng th¸i céng hëng ®iÖn ¸p ta cã: UL = CL => XL = XC VËy tæng trë cña m¹ch: Z = 2 √R + X = tg = XL − XC R X L − X C ¿2 R 2+¿ √¿ =R = => = Nh vËy m¹ch ®iÖn xoay chiÒu x¶y céng hëng ®iÖn ¸p, dßng ®iÖnvµ điện áp đồng pha, tổng trở mạch thành phần trở kháng tác dụng b, §iÒu kiÖn céng hëng ®iÖn ¸p - Khi m¹ch ë tr¹ng th¸i céng hëng ®iÖn ¸p ta cã: XL = XC => .L = ω C => = ω L C => 2 = => = L C = √ L C 0 Trong đó: 0 là tần số góc riêng mạch MÆt kh¸c ta cã: = 2..f => 0 = 2..f => f = f0 = 0/2. (f0 lµ tÇn sè riªng cña m¹ch) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (62) Ch¬ng58 58III : 58M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 58pha58 Vậy để có mạch cộng hởng điện áp thì tần số riêng mạch phải bẳng tần số cña nguån ®iÖn = 0 hay f = f0 2) ý nghÜa céng hëng ®iÖn ¸p - Dßng ®iÖn m¹ch céng hëng I = U / Z cã gi¸ trÞ lín nhÊt øng víi ®iÖn ¸p đã cho Nếu điện trở R càng nhỏ so với X L và XC thì điện áp trên cuộn cảm và ®iÖn dung cµng lín so víi ®iÖn ¸p trªn trªn R, còng nh ®iÖn ¸p nguån - Tû sè XL / R gäi lµ hÖ sè phÈm chÊt cña m¹ch céng hëng Nh v¹y hiÖn tîng céng hëng ®iÖn ¸p cã nhiÒu øng dông thùc tÕ s¶n xuÊt, nh cÇn t¹o ®iÖn ¸p lín trªn cuén d©y hay tô ®iÖn lóc ®iÖn ¸p nguån nhá, thêng dïng thÝ nghiÖm ®iÖn, c¸c m¹ch läc theo tÇn sè, øng dông kỹ thuật thông tin vô tuyến điện Ngợc lại hệ thống điện, xảy tợng cộng hỏng điện áp không ứng với chế độ làm việc bình thờng xảy tîng qu¸ ®iÖn ¸p côc bé, g©y nguy hiÓm cho ngêi vµ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn ? ThÕ nµo lµ m¹ch ®iÖn xoay chiÒu mang tÝnh chÊt thuÇn trë, thuÇn c¶m, thuÇn dung ? ViÕt biÓu thøc vµ gi¶i thÝch mèi quan hÖ U,I mçi trêng hîp Nªu kh¸i niÖm vÒ tam gi¸c tæng trë - Tam gi¸c c«ng suÊt? H·y gi¶i thÝch ý nghÜa cña th«ng sè ghi trªn biÓn m¸y cña c¸c m¸y ph¸t ®iÖn, m¸y biÕn ¸p S®m Bµi tËp luyÖn tËp t¹i líp a Cuộn dây có hệ số tự cảm L = 31,84 mH, điện trở không đáng kể đặt vào điện ¸p xoay chiÒu U = 220 √ 2sin 314 (t) T×m dßng ®iÖn vµ viÕt ph¬ng tr×nh dßng ®iÖn TÝnh QL b Tụ điện có điện dung C = 80 F Tổn hao không đáng kể, mắc vào nguồn điện cã ®iÖn ¸p xoay chiÒu U = 380V, f=50HZ Xác định và viết phơng trình dòng điện ( cho pha đầu điện áp 0 =0) Tính công suÊt ph¶n kh¸ng cña nh¸nh c ( Häc sinh vÒ nhµ lµm ) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (63) Ch¬ng59 59III : 59M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 59pha59 Cho m¹ch ®iÖn xoay chiÒu R - L - C m¾c nèi tiÕp cã R = 8, XL= 10, XC=4 Dßng qua m¹ch cã ph¬ng tr×nh: i = √ 2sin (ωt +45 0) TÝnh gi¸ trÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p trªn R - L - C vµ U Viết phơng trình các thành phần điện áp đó? TÝnh S, P, Q = ? 3.5- C«ng suÊt vµ hÖ sè c«ng suÊt 3.5.1- C«ng suÊt, hÖ sè c«ng suÊt a ý nghÜa cña hÖ sè c«ng suÊt - Các loại máy điện và khí cụ điện đợc đặc trng thông số định mức: Iđm, U®m, S®m, nÕu nã lµm viÖc víi cos = c«ng suÊt biÓu kiÕn b»ng c«ng suÊt t¸c dông - Phụ tải dùng điện yêu cầu phải có công suất định, cos thay đổi thì dòng điện thay đổi, nh cos càng thấp dòng điện tiêu thụ càng lớn (P = U.I.cos) tổn hao công suất trên đờng dây càng lớn Đồng thời cos càng thấp tổn hao công suất trên đờng dây càng nhỏ Để giảm tổn thất ta phải tăng S dây dẫn tốn kim loại, tăng vốn đầu t đờng dây, đó việc sử dụng hợp lý kết hợp với nâng cao hệ số công suất đảm bảo mặt kinh tế, kỹ thuật b §Þnh nghÜa vÒ hÖ sè c«ng suÊt Lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt t¸c dông víi c«ng suÊt toµn phÇn: cos = P / S 3.5.2- BiÖn ph¸p n©ng cao hÖ sè c«ng suÊt Tõ tam gi¸c c«ng suÊt ta cã: cos = P √ P +Q2 Muèn n©ng cao cos ta ph¶i gi¶m c«ng suÊt P vµ ph¶n kh¸ng Q theo híng: - Giảm nhỏ công suất phản kháng tải cách không để máy biến áp, động c¬ ®iÖn ch¹y kh«ng t¶i, non t¶i - Sản xuất công suất phản kháng nơi tiêu thụ gọi là phơng pháp bù, phơng pháp bù đơn giản là dùng tụ điện mắc song song với phụ tải Khi mắc tụ điện dòng điện trên đờng dây là tổng vectơ I tải và IC cách chọn tụ điện thích hợp ta có thể bù để có cos tuỳ ý ? Nêu định nghĩa công suất, ý nghĩa hệ số công suất ? §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (64) Ch¬ng60 60III : 60M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 60pha60 Tr×nh bµy c¸c biÖn ph¸p n©ng cao hÖ sè c«ng suÊt cos? BiÖn ph¸p nµo lµ tèi u h¬n c¶ ? 3.6 hÖ thèng c©u hái vµ bµi tËp luyÖn tËp I C©u hái Trình bày định nghĩa dòng điện xoay chiều, chu kỳ và tần số Nãi tÇn sè dßng ®iÖn c«ng nghiÖp lµ 50 Hz, nghÜa lµ g× ? Thế nào là dòng điện xoay chiều hình sin ? Phân biệt trị số tức thời, biên độ lợng hình sin Dòng điện biến đổi theo quy luật cosin có gọi là dòng điện h×nh sin kh«ng ? Gi¶i thÝch nguyªn t¾c t¹o s.®.® xoay chiÒu h×nh sin vµ chøng minh r»ng tần số s.đ.đ phụ thuộc vào số đôi cực từ phần cảm và tốc độ rôto ThÕ nµo lµ pha ? gãc pha ®Çu ? sù lÖch pha ? Hai lîng h×nh sin cïng pha có đặc điểm gì Muốn hai lợng hình sin phải thoả mãn đ/k gì ? Nêu cách biểu diễn lợng hình sin đồ thị hình sin và đồ thị véc tơ Cách cộng và trừ lợng hình sin đồ thị nh nào Khi nào thì tổng các đại lợng hình sin không phải là lợng hình sin ? Tại mạch điện trở, dòng và áp đồng pha ? Nêu định luật ôm, và đồ thị hình sin và đồ thị véc tơ mạch này T¹i m¹ch thuÇn c¶m, dßng ®iÖn chËm pha sau ®iÖn ¸p mét gãc 900 ? Nêu định luật ôm và vẽ đồ thị mạch Cảm kháng là gì ? tần số thay đổi, cảm kháng biến đổi nh nào ? Khi nµo Xc = ? nµo Xl = ? T¹i m¹ch thuÇn ®iÖn dung, dßng ®iÖn vît pha tríc ®iÖn ¸p 900 Nêu định luật ôm, vẽ đồ thị mạch 10 X©y dùng biÓu thøc tøc thêi m¹ch thuÇn ®iÖn trë, ®iÖn c¶m , ®iÖn dung Ph©n biÖt c«ng suÊt t¸c dông vµ c«ng suÊt ph¶n kh¸ng nªu ý nghÜa tõng lo¹i 11 X©y dùng quan hÖ dßng vµ ¸p nh¸nh xoay chiÒu cã R - L - C m¾c nèi tiếp Phát biểu định luật ôm và vẽ đồ thị véc tơ 12 C«ng suÊt biÓu kiÕn lµ g× ? ph©n biÖt c«ng suÊt biÓu kiÕn vµ c«ng suÊt t¸c dông §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (65) Ch¬ng61 61III : 61M¹ch ®iÖn xoay chiÒu 61pha61 13 Thế nào là cộng hởng điện áp ? Điều kiện để có cộng hởng là gì ? Phân tích đặc điểm mạch cộng hởng ý nghĩa tợng cộng hởng là gì II Bµi tËp: Máy phát điện có tốc độ định mức 1.000 v/f tần số dòng điện phát 50 Hz Tìm số cực máy Nếu làm việc máy đạt tốc độ n = 985 v/f thì tần số dßng ®iÖn lµ bao nhiªu ? §¸p sè : 2p = ; f = 49,25 Hz Cuén d©y cã ®iÖn trë 10 ®iÖn kh¸ng 15,7 m¾c vµo m¹ch xoay chiÒu tÇn sè 50 Hz Dßng ®iÖn qua m¹ch lµ A T×m ®iÖn ¸p nguån, trÞ sè ®iÖn c¶m vµ hÖ sè c«ng suÊt §¸p sè: U = 111,6 V ; L = 50 mH ; cos = 0, 538 Mét cuén d©y m¾c vµo m¹ch xoay chiÒu tÇn sè 50 Hz c¸c dông cô ®o chØ U = U = 65 V, I = 5A , p = 125w T×m ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m cña cuén d©y §¸p sè: R = 5 ; L = 38,2mH Một nhánh gồm điện trở r = 80 nối tiếp với điện dung C = 80F , đặt vào ®iÖn ¸p xoay chiÒu u = 110 2 sin( 314t 100) v T×m biÓu thøc dßng ®iÖn nh¸nh, c«ng suÊt trªn ®iÖn trë vµ trªn tô, c¸c thµnh phÇn c«ng suÊt §¸p sè : i = 1,232 sin ( 314t - 16,50 ) A Pr = 121 [ - sin( 628t - 360)], w Pc = 60,5 sin ( 628t - 330 ) w P = 121w ; Q = 60,5 VA ; S = 135,5 VA §iÖn trë r = 11, nèi tiÕp víi ®iÖn c¶m L = 0,318H vµ ®iÖn dung C = 31,8F đặt vào điện áp xoay chiều U = 220v tần số f biến thiên a Víi tÇn sè bao nhiªu th× cã céng hëng ®iÖn ¸p ? b Khi cã céng hëng, dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p trªn c¸c thµnh phÇn cña m¹ch lµ bao nhiêu ? Vẽ đồ thị véc tơ §¸p sè: f = 50 Hz ; I = 20 A ; Ur = U220v ; UL = UC = 2Kv §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (66) Ch¬ng 62I62626262V62: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha Ch¬ng IV M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha 4-1 HÖ thèng pha 4.1.1- §Þnh nghÜa HÖ thèng m¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha lµ tËp hîp m¹ch ®iÖn pha nèi víi tạo thành hệ thống chung, đó suất điện động mạch có dạng h×nh sin, cïng tÇn sè vµ lÖch pha 1/3 chu kú - Mỗi mạch điện hệ pha đợc gọi là pha suất điện động, là suất điện động pha - Hệ pha mà suất điện động các pha nhau, có biên độ gọi là pha đối xứng, khác gọi là pha không đối xứng 4.1.2- Nguyªn lý m¸y ph¸t ®iÖn pha a) CÊu t¹o N - gåm nam ch©m vÜnh cöu NS lµ bé phËn t¹o tõ trêng gäi lµ phÇn c¶m A - PhÇn øng gåm cuén d©y gièng nhau, Y đặt lệch không gian là 1200 điện C Ax, By, Cz Z B X S b) Nguyªn lý Dùng quay phần ứng từ trờng nam châm theo định luật cảm ứng điện từ, các cuộn dây sinh suất điện động cảm ứng eA = Em.sin eB = Em.sin(+1200) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (67) Ch¬ng 63I63636363V63: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha eC = Em.sin(+2400) - Nếu các cuộn dây nối với theo hình tam giác ta đợc hệ thống dßng ®iÖn xoay chiÒu pha 4.1.3- Đồ thị hình sin và đồ thị vectơ §å thÞ h×nh sin - §iÓm gÆp gi÷a pha bÊt kú là điểm cực đại pha còn lại e e A eB e C 2 EC §å thÞ vÐct¬ 1200 1200 1200 EA EB 4.1.4- ý nghÜa cña hÖ thèng pha - Dïng hÖ thèng pha ta chØ dïng 3-4 d©y dÉn so víi vµ th× tiÕt kiÖm h¬n nhiÒu -> tạo từ trờng quay -> chế tạo động KĐB đơn giản, kinh tế ? Nêu định nghĩa dòng điện xoay chiều ba pha? Trình bày nguyên lý máy phát điện ba pha ?( biểu diễn đồ thị ) 4.2 C¸ch m¾c m¹ch pha h×nh 4.2.1 Cách đấu §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (68) Ch¬ng 64I64646464V64: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha - Các điểm cuối các cuộn dây máy phát điện đợc nối với - Các điểm cuối phụ tải đợc nối với IA A' A Ufa If C ZA Ud 0' ZC B ZB ZC IB C, B, IC IA, IB, IC lµ dßng ®iÖn d©y 00' gäi lµ d©y trung tÝnh hay d©y nguéi lµ trung tÝnh nguån 0' lµ trung tÝnh t¶i 4.2.2 Các định nghĩa + §iÖn ¸p gi÷a ®Çu cña mçi cuén d©y m¸y ph¸t vµ ®iÖn ¸p gi÷a ®Çu mçi phô t¶i (hay ®iÖn ¸p gi÷a d©y pha – d©y trung tÝnh) gäi lµ ®iÖn ¸p pha + §iÖn ¸p gi÷a hai d©y pha lµ ®iÖn ¸p d©y + Dßng ®iÖn pha lµ dßng ®iÖn ch¹y mçi cuén d©y cña m¸y ph¸t hay ch¹y mçi phô t¶i + Dßng ®iÖn d©y lµ dßng ®iÖn ch¹y trªn mçi d©y pha + D©y trung tÝnh lµ d©y nèi ®iÓm cña m¸y ph¸t vµ phô t¶i + D©y pha lµ d©y nèi gi÷a ®iÓm cña c¸c ®Çu t¬ng øng gi÷a m¸y ph¸t vµ phô t¶i 4.2.3 Mèi quan hÖ m¹ch pha vÒ U, I - Quan hÖ vÒ ®iÖn ¸p: U f = §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 Ud √3 (69) Ch¬ng 65I65656565V65: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha - Dßng ®iÖn: If= Id => If = Uf Zf ? Vẽ sơ đồ nêu cách đấu mạch ba pha hình ? Nêu các định nghĩa và mối quan hệ mạch ba pha U,I ? 4.3- C¸ch m¾c m¹ch pha h×nh tam gi¸c 4.3.1 C¸ch m¾c Khi đấu tam giác điểm cuối pha này nối với điểm đầu pha tiếp theo, theo quy luËt: AX, BY, CZ vµ vÒ A -> AZ, BX, CY 4.3.2 Sơ đồ AZ Id A'Z' Uf Uf CY ZA Ud BX IB ZB C'Y' ZC B'X ' Mạch pha muốn đấu tam giác thì suất điện động các pha m¸y ph¸t ph¶i b»ng nhau, phô t¶i c¸c pha ph¶i b»ng 4.3.3 Quan hÖ ®iÖn ¸p, I Uf = Ud Id = √ If If = Uf Zf * Nhận xét: Khi phụ tải đấu thờng dùng pha, dây Dây trung tính làm nhiệm vụ cân điện áp còn đấu tam giác thì phụ tải luôn luôn cân ? Vẽ sơ đồ nêu cách đấu mạch ba pha hình tam giác ? Nêu các định nghĩa và mối quan hệ mạch ba pha U,I ? §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (70) Ch¬ng 66I66666666V66: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha 4.4- C«ng suÊt m¹ch pha 1) §èi víi m¹ch pha bÊt kú, tÝnh c«ng suÊt cña pha b»ng tæng c«ng suÊt c¸c pha céng l¹i S = SA + SB + SC; P = PA + PB + PC P = UA.IA.cosA + UB.IB.cosB + UC.IC.cosC Q = QA + QB + QC = UA.IA.sinA + UB.IB.sinB + UC.IC.sinC UA., IA, UB., IB., UC., IC.: Là các đại lợng pha A , B , C: gãc lÖch pha gi÷a ¸p, dßng pha hay lµ gãc tæng trë pha 2) Đối với mạch pha đối xứng: Dòng, áp phận đối xứng, ta tính c«ng suÊt cho pha råi nh©n P = 3PA = UA.IA.cosA P = 3PB = UB.IB.cosB Q = 3QA = UA.IA.sinA P = 3PA = 3PB = 3PC Q = 3QA = 3QB = 3QC S = UA.IA = UB.IB = UC.IC = 3SA = 3SB = 3SC * Dßng Uf vµ If : P = Uf.If.cos Q = Uf.If.sin = Uf.If * Dßng Ud vµ Id: P = √ Ud.Id.cos Q = √ Ud.Id.sin = √ Ud.Id Ud Id cos = √3 * §Êu sao: P=3 * §Êu tam gi¸c: P = 3.Ud Id cos = √3 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 √ Ud.Id cos √ Ud.Id cos (71) Ch¬ng 67I67676767V67: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha P = 3.Uf.If cos = 3.Ud Id cos √3 Bµi tËp: Mạch pha đối xứng Ud = 220V, cung cấp cho tải nối và nối tam giác biết R1 = (); X1 = () 1, TÝnh dßng ®iÖn c¸c pha cña t¶i 2, TÝnh c«ng suÊt P, Q, S Gi¶i: Khi đấu sao: với mạch pha đối xứng: P = 3P A, Q = 3QA, S = 3SA và có If = Id vì điện áp đặt trực tiếp lên các tải nên ta tính đợc các dòng điện: Id = If = Ud/Zf = 220/5 = 44 (A) Zf = √ R 2+ X = √ 32+ = () cos = R/Z = 5/4 = 0,8 sin = X/Z = 3/5 = 0.6 => P = Uf.If.cos = 3.220.44.0.8 = 2323,2 (W) V = 13164,8 W => Q = Uf.If.sin = 3.220.44.0,6 = 17, 424 (W) V = 9875,6 W * §Êu sao: Z = cos = 0,8 ; sin = 0.6 Uf = Ud = 220 V If = Uf / Zf = 220/5 = 44 (A) Id = √ If = √ 44 = 76,2 (A) P = √ Ud.Id.cos = √ 220.76,2.0,8 = 23228,879 (W) Q = √ Ud.Id.sin = √ 220.76,2.0,6 = 17421,659 (W) 4.5- Tõ trêng cña dßng ®iÖn pha 4.5.1 Tõ trêng §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (72) Ch¬ng 68I68686868V68: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha Để xác định từ trờng dòng điện pha ta xét dây đơn giản gồm cuộn d©y AX, BY, CZ cho dßng ®iÖn pha vµo cuén d©y theo thø tù IA, IB, IC i iA iB IC U T1 T2 T3 A - Thêi ®iÓm : = 900 = T1 Z Y Dßng ®iÖn pha nµo dõng cã chiÒu tõ ®Çu đến cuối pha, đầu đợc ký hiệu vòng tròn S cã nhiÒu dÊu nh©n ë gi÷a , cßn cuèi ký hiÖu N b»ng vßng trßn cã nhiÒu dÊu chÊm Dßng ®iÖn C B X pha nµo ©m th× cã chiÒu ngîc l¹i, ®Çu lµ , cuèi lµ A - Víi thêi ®iÓm = 90 (T1), ë thêi ®iÓm Z Y này dòng điện pha A cực đại và dơng nên ®Çu A ký hiÖu , cuèi X ký hiÖu lµ ; dßng ®iÖn B, C ký hiÖu lµ , cuèi Y, Z ký hiÖu lµ S N C B X Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đờng sức từ các dòng điện sinh - Víi thêi ®iÓm = 900 + 1200 (T2) A là thời điểm sau thời điểm sau thời điểm đã xÐt ë trªn 1/3 chu kú ë thêi ®iÓm nµy dßng Z Y N điện pha B cực đại và dơng, các dòng A,C âm §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 C X S B (73) Ch¬ng 69I69696969V69: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đờng sức từ trờng -Thêi ®iÓm = 900 + 2400 (T3) lµ thêi ®iÓm chËm sau thêi ®iÓm ®Çu 2/3 chu kú, lúc này dòng điện pha C cực đại và dơng, còn dòng pha B và C âm KÕt luËn: Sau chu kú cña dßng ®iÖn tõ trêng cña bé d©y pha lµ tõ trêng quay 4.5.2 §æi chiÒu tõ trêng Chiều quay từ trờng phụ thuộc vào thứ tự pha dòng điện, muốn đổi chiều quay từ trờng ta thay đổi thứ tự pha với và xét tơng tự lóc nµy tõ trêng bé d©y pha lóc nµy cã chiÒu ngîc l¹i Ví dụ: Trong phần lý thuyết đã vẽ từ trờng tiếp điểm đóng sang vị trí 2, đổi thứ tự hai pha B và C với Hãy vẽ từ trờng và xác định chiều quay từ trờng trờng hợp này Gi¶i: C Khi tiếp điểm đóng sang đã đổi thứ tự pha B B vµ C víi nhau, dßng iB cña nguån ®i vµo CZ A cña m¸y iC cña nguån ®i vµo pha BY cña m¸y VÏ tõ trêng cña c¸c thêi ®iÓm kh¸c a) Thêi ®iÓm pha: = 900 iA = Imax>0; iB = -Imax/2 <0; iC = -Imax/2 <0 A B C chiÒu dßng ®iÖn c¸c d©y quÊn vÏ h×nh bªn A , B , C X Y Z X , Y , Z b) T¹i thêi ®iÓm T2 ( = 900 + 1200) iA = -Imax/2<0; iB = Imax >0; iC = -Imax/2 <0 A , B , C §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (74) Ch¬ng 70I70707070V70: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha X , Y , Z c) T¹i thêi ®iÓm T3 ( = 900 + 2400) iA = -Imax/2<0; iB = -Imax/2 <; iC = Imax >0 A , B , C X , Y , Z A A Y Z N B Y Z N Y Z S A C B S C X X (T1) S (T2) N B C X (T3) * NhËn xÐt: Vậy nhìn vào hình vẽ ta thấy chiều đờng sức mắc vòng cuộn dây là khác so với trờng hợp lý thuyết -> đổi thứ tự pha dẫn đến chiều quay từ trờng thay đổi 3) ứng dụng: Từ trờng quay dây pha là sở chế tạo động không đồng 4.6.hÖ thèng c©u hái luyÖn tËp ThÕ nµo lµ hÖ thèng ®iÖn ba pha? Tr×nh bµy nguyªn lý t¹o s.®.® ba pha u đểm hệ ba pha so với pha là gì ? T¹i cã thÓ nèi cuén d©y m¸y ph¸t ®iÖn thµnh h×nh vµ h×nh tam gi¸c ? So sánh hai cách đấu này các mặt: Sơ đồ, các đại lợng dây và pha, công suất còng nh ý nghÜa cña chóng §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (75) Ch¬ng 71I71717171V71: M¹ch ®iÖn xoay chiÒu pha §iÖn ¸p di ®iªm trung tÝnh lµ g×? nµo th× ®iÖn ¸p nµy b»ng kh«ng vµ nµo kh¸c kh«ng? Nêu ý nghĩa dây trung tính? Trờng hợp nào có thể bỏ đợc dây trung tính Giả sử điện áp nguồn là đối xứng Hãy xác định điện áp di điểm trung tính và ®iÖn ¸p c¸c pha ë t¶i khi: a, Đứt pha đờng dây b, Ng¾n m¹ch mét pha Chứng minh tải ba pha đối xứng có tổng trở không đổi Khi đổi cách nèi tõ sang tam gi¸c dßng ®iÖn t¨ng lªn ba lÇn ( coi ®iÖn ¸p nguån kh«ng đổi) Gi¶i thÝch b»ng hiÑn tîng vËt lÝ sù h×nh thµnh tõ trêng quay cña d©y quÊn ba pha vµ hai pha, x©y dùng biÓu thøc tõ trêng quay mçi trêng hîp? Thế nào là thành phần đối xứng? Thành phần thứ tự thuận nghịch và không? C¸ch biÓu diÔn c¸c thµnh phµn nµy b»ng hÑ sè pha nhø thÕ nµo? §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (76) Ch¬ng 7272727272V72: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n Ch¬ng V M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n 5.1 Nguån cung cÊp ®iÖn 5.1.1 M¹ch chØnh lu M¹ch chØnh lu nöa chu kú a Sơ đồ A U~ § T¶i B b Nguyªn lý - Khi A d¬ng h¬n B, ®ièt dÉn ®iÖn cã dßng qua t¶i - Khi B (+) h¬n A ®ièt kh«ng dÉn ®iÖn nªn kh«ng cã dßng ®iÖn qua t¶i Đồ thị điện áp đợc biểu diễn nh hình vẽ U t Ua t O M¹ch chØnh lu c¶ chu kú - Khi chỉnh lu chu kỳ ngời ta có thể dùng điốt đợc mắc theo sơ đồ nh sau: §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (77) Ch¬ng 7373737373V73: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n A §1 Rt U~ B A U~ §1 §2 §4 §3 §2 B Rt - Khi dïng 2: ®ièt t¹i nöa chu kú (+) cña ®ièt thø cÊp tøc A (+) h¬n B, § dÉn ®iÖn vÉn cho dßng qua t¶i - Khi dßng ®ièt: - Gi¶ sö A(+) h¬n B th× §1, §3 dÉn dßng qua nh sau: A §1 Rt §3 B - Nöa chu kú sau B (+) h¬n A th× §4, §2 dÉn: B §4 Rt §2 A Nh với trờng hợp dùng điốt, điốt nửa chu kỳ dòng qua t¶i Mạch nhân đôi điện áp Sơ đồ A §1 U~ B - ë nöa chu kú ®Çu A nạp theo đờng C1 + - C2 + - §2 Rt (+ ) h¬n B tô C A §1 C1 B - nửa chu kỳ sau B (+) A tụ C2 đợc nạp theo đờng B C2 §2 A §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (78) Ch¬ng 7474747474V74: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n Nh Rt đợc mắc với tụ điện nối tiếp đó điện áp đầu phụ tải tính gần đúng Ut = Uc1 + Uc2 = 2Uc1 = 2Uc2 ? Các sơ đồ chỉnh lu Dạng sóng, điện áp trung bình và điện áp ngợc sơ đồ ? 5.1.2 San b»ng ®iÖn ¸p chØnh lu Trong tất các sơ đồ chỉnh lu ta đã xét điện áp chiều chỉnh lu còn biến đổi trị số theo thời gian để giảm tối u mức tối đa thay đổi đó ngời ta lắp thêm lọc nhằm hạn chế thành phần biến đổi gọi là san điện áp chỉnh lu + C + - Rt Bé läc dïng tô ®iÖn - Do ta phãng, n¹p cña tô nªn ®iÖn ¸p trªn t¶i sÏ b»ng ph¼ng h¬n mÆt kh¸c tô C m¾c song song víi t¶i nªn nã sÏ rÏ m¹ch sãng hµi bËc cao xuèng ®iÓm chóng chÊt lîng cña bé läc cµng cao R t, C cµng lín (v× K p= : hệ số đạp mạch) WR t C - Khi điện áp đặt vào tụ tăng, tụ C đợc nạp điện, điện áp giảm nhỏ điện áp trên tụ đã đợc nạp đầy, tụ phóng điện qua P tải vì tụ C, chọn với điện dung Lớn từ 500 đến 1000 MF nên quá trình nạp và phóng chậm điện áp trên đầu tụ gần nh không đổi Bé läc dïng ®iÖn c¶m + L Rt §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 - (79) Ch¬ng 7575757575V75: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n - Vì cuộn cảm L mắc nối tiếp với tải nên có dòng điện biến đổi chạy qua nó, nó sinh sức điện động cảm ứng có xu chống lại biến thiên đó, đó nó chặn các sóng hài bậc cao lại để dòng điện tải phẳng HÖ sè ®Ëp m¹ch trêng hîp nµy Kp = Rt nghÜa lµ chÊt lîng läc 3.ω.C cµng cao Rt nhá v× L lµ lín Ngoài ngời ta còn dùng lọc phối hợp L, C hay R đợc mắc theo sơ đồ (a) và (b) đó chất lợng lọc cao + (+) L R L C + - C1 Rt - + - C2 + - Rt (-) (H.a) (H.b) - §Ó n©ng cao chÊt lîng ®iÖn ¸p sau chØnh lu ë sè m¹ch ngêi ta dïng thªm ®iÖn trë §iÖn c¶m kÕt hîp víi tô ®iÖn - Cuộn cảm thành phần chiều là điện trở (thuần) còn thành phần biến đổi cuộn cảm có thêm X = .L Nh cuộn cảm có tác dụng ngăn thành phần biến đổi còn tụ điện có tác dông sau b»ng ®iÖn ¸p TÝnh to¸n m¹ch chØnh lu a Nh÷ng th«ng sè: UCL, I®m phô t¶i - §iÖn ¸p chØnh lu + Khi kh«ng cã läc (kh«ng cã bé san b»ng) gåm 1/2 chu kú U = √ U c¶ chu kú U = √2 U 2.π §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 π (80) Ch¬ng 7676767676V76: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n *Khi có lọc: đảm bảo chất lợng cao ta có thể coi điện áp đầu gần giá trị cực đại điện áp XK đầu vào - Dòng điện định mức + Dòng điện định mức điốt trờng hợp nắn nửa chu kỳ = dòng điện định mức phụ tải + Trờng hợp nắn chu kỳ dòng điện định mức điốt = 1/2 Iđm phụ tải + Điện áp ngợc: Ungợc, đặt lên ốt trong, tất các mạch chỉnh lu có Ungmax = √ U ? Nªu nguyªn lÝ c¬ b¶n cña m¹ch san b»ng ®iÖn ¸p chØnh lu? So sánh hai phơng pháp ( lọc dùng tụ và lọc dùng điện cảm )từ đó cho biÕt hiÖu qu¶ cña bé läc phèi hîp ( tô - ®iÖn c¶m ) 5.13 M¹ch æn ¸p Kh¸i niÖm Trong số phụ tải đòi hỏi điện áp không đợc thay đổi, để đảm bảo chất lợng điện áp ta dùng mạch ổn định điện áp *§Æc ®iÓm cña ®ièt æn ¸p: ®i èt æn ¸p dÉn ®iÖn lµm viÖc nh ®ièt thêng Khi đặt điện áp ngợc ốt có chức ổn định điện áp U ng = Uổn áp thì dòng điện ngợc qua điốt tăng nhng U không đổi Vì để làm chức ổn áp điốt ổn áp đợc mắc theo chiều ngợc Sơ đồ nguyên lý (+) I R It I® § Rt (-) - Giả sử vì lý nào đó điện áp Ung lên dòng qua Đ tăng, dòng điện qua R, sôt ¸p (®iÖn ¸p r¬i) trªn ®iÖn trë lµm ®iÖn ¸p ®Çu cña phô t¶i vµ ®ièt không thay đổi §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (81) Ch¬ng 7777777777V77: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n Nguån chiÒu æn ¸p dïng Tranzitorr (T) (+) C E B 1) Tranzitor 2) Rt E Bé (-) (thuËn) khuếch đại 3) Nguån cã ®iÖn ¸p chuÈn - Việc ổn định điện áp đầu cách thay đổi điện trở cực góp và cực phát phù hợp với thay đổi điện áp đầu vào đó thay đổi điện áp rơi trên thân nó bù lại thay đổi điện áp vào làm điện áp không đổi Ngời ta so sánh điện áp với điện áp chuẩn Sự chênh lệch điện áp này đợc khuếch đại và đa đến điều khiển Tranzitor phụ thuộc vào thay đổi điện áp, điện áp chuẩn thờng đợc tạo cách dùng điốt ổn áp b M¹ch ®iÖn øng dông ? Nªu c¸c kh¸i niÖm chung vÒ m¹ch æn ¸p ? Nªu c¸c d¹ng nguyªn lÝ c¬ b¶n nguån mét chiÒu æn ¸p dïng tranzitor vµ mét sè m¹ch ®iÖn øng dông c¬ b¶n? 5.1.4 Mạch biến đổi điện Mục đích Biến đổi điện áp chiều sang điện áp xoay chiều có giá trị theo yêu cầu phụ t¶i - Biến đổi điện áp chiều sang điện áp chiều khác Sơ đồ khối §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (82) Ch¬ng 7878787878V78: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n Uvµo T¹o dao động Nguån chiÒu Biến đổi ®iÖn ¸p ChØnh l u Ura Một số mạch biến đổi điện RB1, RB2 xác định điểm làm việc cho (T) BA gåm cuén d©y, cuén s¬ cÊp L1, cuộn thứ cấp L2, để tạo điện áp Xoay chiÒu theo yªu cÇu cña t¶i Cuộn thứ cấp L3, dùng để phản hồi điện áp *Nguyªn lý lµm viÖc: - Khi cÊp nguån chiÒu cho m¹ch Tranzitor vµ m¸y BA sÏ t¹o thµnh mạch dao động Trên cuộn L1 có dòng điện thay đổi Cuộn L2 cảm ứng suất điện động xoay chiều đợc chỉnh lu và cấp điện cho phụ tải *Nhợc điểm sơ đồ - Khi không tải, điện áp đảo cuộn L2 lớn có thể làm hỏng cách điện máy biến áp đó ta quấn thêm cuộn thứ cấp coi nh phụ tải điện áp trên nó đợc chØnh lu vµ n¹p cho nguån §1 RB1 E + L1 B C T RB2 E L2 K C1 Rt L3 C2 §2 L4 BA §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (83) Ch¬ng 7979797979V79: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n ? Thành lập sơ đồ khối mạch biến đổi điện ? Nêu các dạng nguyên lý số dạng sơ đồ mạch biến đổi điện? 5.2 Mạch khuếch đại điện tử 5.2.1 Kh¸i niÖm cã b¶n - Mạch khuếch đại có tác dụng làm tăng cờng tín hiệu làm tín hiệu đầu cã gi¸ trÞ ®Çu lín h¬n gi¸ trÞ ®Çu vaß 5.2.2 C¸c th«ng sè c¬ b¶n - Để đặc trng cho khuếch đại ta có các hệ số khuếch đại + Hệ số khuếch đại điện áp: Ku = + Hệ số khuếch đại dòng điện KI = + §iÖn trë vµo Rv = U vµo I + §iÖn trë ra: Rr = U I + Hệ số khuếch đại công suất: Kp = U U vµo I I vµo Pra P vµo - Ngoài các hệ số khuếch đại đã xét thì các hệ số khuếch đại còn đợc biểu diễn dới dạng đơn vị đó gọi là đề bi xen Kp = 10.lg Pra P vµo (db) Kp = 20.lg U U vµo (db) Nh điều này đảm báo tính chọn lọc dải tần số cho mạch khuếch đại nghĩa là khuếch đại tín hiệu theo dải tần số yêu cầu + Hệ số méo: đặc trng cho biến dạng tín hiệu so với tín hiệu vào §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (84) Ch¬ng 8080808080V80: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n ? Nêu các khái niệm mạch khuếch đại điện tử ? Cho ví dụ ? Nªu c¸c th«ng sè c¬ b¶n, viÕt biÓu thøc - Gi¶i thÝch kÝ hiÖu ? 5.2.3 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ §Æc ®iÓm - Tín hiệu vào: tín hiệu vào thờng có trị số nhỏ cỡ (ms) để khuếch đại phải đảm bảo các yêu cầu - Hệ số khuếch đại Kv lớn (không cần tới khuếch đại công suất Kp) - §¶m b¶o tÝnh trung thùc cña tÝn hiÖu (kh«ng mÐo) Sơ đồ nguyên lý RB1, RB2 là điện trở xác định điểm làm việc Tranzitor gọi là điện trở định thiên - Điện áp trên điện trở RB2 định giá trị dòng điện I B Rc gọi là điện trở g¸nh cña m¹ch nã cã t¸c dông lµm gi¶m dßng ®iÖn cùc ph¸t vµ dßng cùc gãp (I E, IC) đồng thời tạo nên sụt áp để đa tầng sau Tranzitor làm việc - Tụ C1 và C2 dùng để ngăn thành phần chiều vào và khỏi mạch Nguyªn lý lµm viÖc - Gi¶ sö tÝn hiÖu vµo biÕn thiªn d¹ng sin (+) RC RB1 C2 B U~ RB2 C T E Ura (-) - Khi cã thªm RE, KE §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (85) Ch¬ng 8181818181V81: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n C B T E RE CE - Khi tín hiệu vào dơng UBE (+) đó dòng điện IC giảm làm cho URc giảm -> Ura = UBE - URC t¨ng lªn - Nhê cã tô C2 ng¨n thµnh phÇn ch©n nªn tÝn hiÖu ngîc so víi tÝn hiÖu cña Tranzitor thuËn ổn định điểm làm việc - Khi nhiệt độ tăng dòng điện cực góp I C có xu hớng tăng làm URC ăng làm cho UCE giảm -> IB giảm làm dòng điện IC giảm theo để khắc phục ngời ta dùng phản hồi điện áp và dòng điện cách bù lại tăng và giảm theo nhiệt độ ta nèi tô CE// RE vµo cùc ph¸t *ổn định điểm làm việc bàng phản hồi âm điện áp - chế độ tĩnh RB, RE cùng với nguồn E định độ lớn I B nên còn đợc gọi là các điện trở xác định chế độ tĩnh mạch Vì lý nào đó dòng ®iÖn IC t¨ng ®iÖn ¸p gi÷a cùc gãp vµ cùc ph¸t UCE gi¶m nªn IC gi¶m -> bï lại tăng ban đầu IC Nh ta đã thực phản hồi âm điện áp cách điện áp Ura đợc đa quay lại đầu vào thông qua RB *ổn định điểm làm việc phản hồi dòng điện Dïng RE//CE lµ ®iÖn ¸p trªn ®Çu cña R E tØ lÖ víi dßng ®iÖn cùc ph¸t I E Điện áp này đợc đa quay lại cực gốc thông qua RB2 Giả sử vì lý nào đó IE và IC tăng UBE giảm nên IB giảm IE, IC giảm theo, bï l¹i sù t¨ng ban ®Çu *Một số thông số các tầng khuếch đại công suất nhỏ - §iÖn ¸p gi÷a cùc ph¸t (E) vµ cùc gèc (B) - NÕu dïng bãng thuËn E (+) h¬n B d¬ng h¬n 0,5 - NÕu dïng bãng ngîc B (+) h¬n E §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (86) Ch¬ng 8282828282V82: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n - Dßng ®iÖn cùc gãp thêng rÊt nhá nªn ®iÖn ¸p t¹i: UCE = 0,50,7 ®iÖn ¸p nguån - Tô CE //RE nh»m ph¶n håi ©m cña tÝn hiÖu Trêng hîp muèn ph¶n håi c¶ thµnh phÇn tÝn hiÖu bá tô CE ? Nêu khái niệm mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ ? Điều kiện để khuếch đại? Vẽ sơ đồ - Nêu nguyên lý làm việc mạch điện ? Thế nào là ổn định điểm làm việc ? 5.2.4 Mạch khuếch đại công suất (tín hiệu lớn) §Æc ®iÓm Mạch khuếch đại công suất tạo công suất lớn hiệu suất cao đảm bảo tính trung thùc Mạch khuếch đại công suất đơn a Sơ đồ nguyên lý BA C2 Loa L1 RB B T1 -E C (ThuËn) E +E - RB xác định điểm làm việc Cho mạch muốn thay đổi điểm làm việc ta thay đổi RB - Tô C ng¨n thµnh phÇn chiÒu cña tÝn hiÖu vµo - Biến áp dùng để phối hợp trở kháng phụ tải với Tranzitor và ng¨n thµnh phÇn chiÒu cu¶ tÝn hiÖu b Nguyªn lý: §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (87) Ch¬ng 8383838383V83: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n ic § êng th¼ng P t¶i A IB >0 B IB = Tranzitor O chế độ, chế độ hoà và chế độ bão hoà lµm viÖc ë u c cha b·o Ngời ta chia chế độ cha bão hoà và bão hoà thành giai đoạn + Đoạn đờng thẳng (chế độ A) tín hiệu và vào có dạng giống + Điểm làm việc gần gốc toạ độ (chế độ tĩnh ) UBE = -> IC = + §iÓm lµm viÖc n»m trªn ®o¹n cong TÝn hiÖu mÐo + Chế độ bão hoà: T không dẫn (phân cực ngợc) Nh tầng khuếch đại công suất đơn phải làm việc chế độ vừa đảm bảo đủ công suất thành méo tín hiệu nên chọn chế độ làm việc chế độ A *Chän ®iÓm lµm viÖc - Chän biÕn ¸p cã tØ sè thÝch hîp víi phô t¶i (tøc chän sè vßng thÝch hîp) Chọn điện trở cực góp RC để đảm bảo có dòng điện IC = E − U CE RC RC là điện trở gánh quy đổi thứ cấp và phụ tải (loa) RC = U1 R.L U2 ( ) - Trong thực tế điện áp nguồn đợc chọn tuỳ thuộc điện áp giới hạn Tranzitor Mạch khuếch đại công suất đẩy kéo a Sơ đồ §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (88) Ch¬ng 8484848484V84: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n -E I RB1 B1 BA1 R T1 BA2 C1 Loa II E1 +E T2 B2 E2 C2 III - T1, T2 là Tranzitor cùng loại RB1, RB2 xác định điểm làm việc cho T1, T2 - Biến áp BA1 đa tín hiệu từ tầng trớc đến thứ cấp đợc chia làm nửa điện áp nửa này ngợc pha gọi là BA đảo pha - BA2: đa tín hiệu từ tầng khuếch đại công suất phụ tải dùng để phối hîp trë kh¸ng b Nguyªn lý lµm viÖc - Do ®iÖn ¸p ë nöa thø cÊp BA1 lu«n ngîc pha nªn cã tÝn hiÖu vµo T1, T2 thay dÉn ®iÖn + Khi T1 dẫn dòng điện qua sơ cấp biến áp theo đờng: từ (+) E -> cực E C1 I II (-) E + Khi T2 dÉn (+) E cùc E C2 III II (-) E Nh vËy ë thø cÊp cña BA2 sÏ c¶m øng tÝn hiÖu cã d¹ng nh tÝn hiÖu vµo - Nếu chọn các trị số phù hợp thì mạch khuếch đại đẩy kéo có công suất gÊp lÇn c«ng suÊt ®Çu vµo - Hiệu suất mạch đạt 70% để nâng cao hiệu suất ngời ta dùng mạch khuếch đại công suất đẩy kéo không dùng biến áp §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (89) Ch¬ng 8585858585V85: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n ? Nêu đặc điểm - Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại công suất? Sơ đồ mạch khuếch đại đẩy kéo ? 5.2.5 Nối tầng khuếch đại §Þnh nghÜa Trong máy khuếch đại thờng gồm nhiều tầng các tầng này đợc nối với gọi là nối tầng khuếch đại C¸c yªu cÇu - Khi nèi tÇng th× tÝn hiÖu ph¶i th«ng suèt tõ tÇng nµy qua tÇng - C¸c tÇng ph¶i chung nguån ®iÖn - Gi÷a c¸c tÇng ph¶i gi¶m hÖ sè gîn sãng, dïng bé läc - TÝn hiÖu truyÒn tõ tÇng nµy sang tÇng kh«ng suy gi¶m Một số hình thức nối tầng khuếch đại thông dụng *Nèi tÇng dïng tô ®iÖn Sơ đồ có tầng khuếch đại (+) RB1 C1 RC1 B C T1 E RB1 RE1 RB2 C2 B T2 C E1 RC2 C E RE2 Ura C E2 (-) - TÇng gåm: T1, RB1, RC1, RE1, CE1 - TÇng gåm T2, RC2, RE2, CE2, RB2 - Nối tầng khuếch đại tầng tụ C2 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (90) Ch¬ng 8686868686V86: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n - Tín hiệu tầng đợc đa vào đầu vào tầng thông qua tụ C2 + Đặc điểm: vì tụ C cho thành phần tín hiệu chiều qua đó tín hiệu đợc truyền từ tầng này sang tầng khác có thành phần biến đổi (~) *Nèi tÇng b»ng biÕn ¸p (+) BA RC2 RB1 C1 Uvµo RB2 C B T1 E RE1 C C E1 B C C2 T2 E RB2 RE2 C E2 (-) Mạch gồm tầng khuếch đại T1, T2 GhÐp nèi tÝn hiÖu gi÷a tÇng th«ng qua Ba * §Æc ®iÓm T¬ng tù nh tô ®iÖn m¸y biÕn ¸p kh«ng cho thµnh phÇn dßng ®iÖn chiÒu truyền từ sơ cấp sang thứ cấp vì có thành phần tín hiệu biến đổi (~) đợc truyền từ tầng sang tầng *Ưu điểm bật biến áp là có khả khuếch đại điện áp vì phơng pháp nối tầng này đợc dùng phổ biến các mạch khuếch đại điện áp *Nèi tÇng trùc tiÕp §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (91) Ch¬ng 8787878787V87: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n (+) RC1 R'B1 RB1 Uvµo B C T1 E R'B1 RE1 R RC2 RB2 B T2 C Ura C E1 (-) Mạch gồm tầng khuếch đại T1, T2 - GhÐp nèi tÝn hiÖu gi÷a tÇng th«ng qua ®iÖn trë cã gi¸ trÞ nhá (cã thÓ coi nh ghÐp trùc tiÕp) *Đặc điểm : Tất các thành phần tín hiệu đợc truyền từ tầng trớc tới tầng sau đó mạch thờng đợc ứng dụng các mạch khuếch đại xun (thờng dùng KT nổ) ? §Þnh nghÜa vµ c¸c yªu cÇu c¬ b¶n ? Nêu số dạng nối tầng khuếch đại, nhợc điểm dạng? 5.3 Mạch tạo dao động 5.3.1 Kh¸i niÖm chung - Mạch tạo dao động là mạch điện mà cần cung cấp nguồn cho mạch, m¹ch sÏ tù t¹o tÝn hiÖu - Để mạch có thể tự động tạo tín hiệu ngời ta thờng dùng mạch theo nguyªn t¾c ph¶n håi d¬ng tù kÝch §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (92) Ch¬ng 8888888888V88: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n NhiÔu ban ®Çu Ura K§ Ph¶n håi - Phản hồi là hình thức lấy phần tín hiệu đầu đa quay trở lại để điều chØnh tÝn hiÖu ®Çu vµo sinh nã + NÕu tÝn hiÖu ph¶n håi ngîc pha víi tÝn hiÖu ®Çu vµo gäi lµ ph¶n håi ©m + NÕu tÝn hiÖu ph¶n håi cïng pha víi tÝn hiÖu ®Çu vµo th× gäi lµ ph¶n håi (+) 5.3.2 Mạch tạo dao động dùng L- C a Sơ đồ nguyên lý - RB1, RB2 xác định chiếm làm việc cho T - RE//CE để ổn định điểm làm việc mạch hoạt động nhờ tín hiệu phản hồi lấy trên ®Çu cuén L2 điện áp trên cuộn L2 đặt vào cực gốc và cực phát thông qua tụ C1 (+) L1 RB1 RB2 L2 C C1 Ura C1 RE CE (-) b Nguyªn lý §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (93) Ch¬ng 8989898989V89: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n -Quá trình dao động mạch nhờ tăng giảm ngẫu nhiên dòng Ic - Giả sử IC tăng dẫn đến điện áp trên RB1 tăng dòng điện T tăng, IC tăng quá trình nh dòng điện IC đạt bão hoà Khi đó dòng điện trên cuộn L1 không tăng dẫn đến điện áp trên cuộn L2 giảm, I c giảm điện áp trên RB1, RB2 đổi cực tính IC tiếp tục đảm bảo cực tính cuộn L2 phù hợp ngời ta thờng điều chỉnh tần số dao động cách thay đổi vị trí cuộn L2 thay đổi lõi thép f= Ura π √ LC t O ? Khái niệm mạch tạo dao động, sơ đồ nguyên lý ? Sơ đồ nguyên lý mạch tạo dao động dùng L - C? 5.3.3 Mạch tạo dao động dùng R- C Sơ đồ nguyên lý RB1, RB2 dùng xác định điểm làm việc T (+) RC RB1 C1 Cra C Ura B C2 R1 C3 R2 T1 R1 R2 E O t (-) Nguyªn lý lµm viÖc Điện áp đợc lấy từ cực góp Nhờ mạch phân áp C 1R1, C2R2, C3R3 Điện ¸p trªn ®Çu R3 ngîc pha víi Ura Nh vËy ®iÖn ¸p trªn R3 chÝnh lµ §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (94) Ch¬ng 9090909090V90: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n điện áp phản hồi đại lên cực gốc và cực phát Để đảm bảo lệch pha theo yêu cầu ngời ta chọn C1 = C2 = C3, R1 = R2 = R3 đó tần số dao động m¹ch f= π √6 L C ¶nh hëng cña RC truyÒn tÝn hiÖu Do qu¸ tr×nh n¹p, phãng cña tô ®iÖn nªn thêi gian tr× n¹p, phãng cña tô ®iÖn nªn thêi gian tr× tÝn hiÖu cña m¹ch kÐo dµi, tÝn hiÖu qua m¹ch sÏ bÞ biến dạng, mạch tạo dao động dùng R- C có thể biến đổi dạng sóng từ sin vu«ng hoÆc tõ vu«ng sang nhän Mạch tạo dao động nghẹt *Sơ đồ: (+) § L1 RB1 RB2 C1 T L2 C2 Ura (-) RB1, RB2 t¹o ®iÖn ¸p ph©n cùc cho T ngêi ta tÝnh tô C1 n¹p ®Çy th× T më kh«ng hoµn toµn *Nguyªn lý: - Khi đóng nguồn tụ C1 đợc nạp thông qua RB1 điện áp trên tụ C đủ lớn để mở T dây điện cực góp IC tăng IC tăng trên cuộn L2 cảm ứng suất điện động Suất điện động này đợc đặt theo chiều thuận lên B, E đó T dẫn mạch và nhanh tới trạng thái bão hoà đó Ic không thay đổi trên L2 không có suất điện động §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (95) Ch¬ng 9191919191V91: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n cảm ứng điện áp phân cực B và E giảm , I C giảm, suất điện động cảm ứng trên L2 có chiều ngợc làm cho IC giảm nhanh lúc này tụ C1 đợc nạp điện quá trình mở T lại đợc lặp lại nh cũ Điốt Đ mắc song song với L1 nhằm bảo vệ cuộn L1 đồng thời bảo vệ quá ¸p cho T kh«ng dÉn ? Sơ đồ nguyên lí mạch tạo dao động dùng R - C ? Nêu ảnh hởng R - C truyền tín hiệu Thế nào là mạch tạo dao động nghÑt? 5.3.4 Mạch dao động đa hài 1) Sơ đồ (+) RC RB1 RB2 Uc + - C2 C B T1 C1 R C1 B C T2 E E (-) T1: đóng T2: më - RB1, RB2 xác định điểm làm việc T1, T2 - Về mặt tín hiệu, tín hiệu tầng đợc đa vào đầu vào T2 thông qua C1, tín hiệu T2 đợc đa vào đầu vào T1 thông qua C2 2) Nguyªn lý Khi cÊp ®iÖn cho m¹ch gi¶ sö dßng ®iÖn cùc gãp I C1 cña I1 t¨ng, URC1 t¨ng ta cã UCE = E - URC1 t¨ng URE2 gi¶m IC2gi¶m URC2 gi¶m UCE2 = E - URC2 t¨ng UBE1 t¨ng IC1 t¨ng §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (96) Ch¬ng 9292929292V92: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n Qu¸ tr×nh cø diÔn nh vËy cho tíi T1 dÉn b·o hoµ th× T2 dõng h¼n Trong quá trình T1 dẫn tụ C1 đợc nạp điện điện áp trên C1 đủ lớn thì T2 bắt đầu dẫn, đó Ic2 tăng - URC2 t¨ng, UCE2 gi¶m lµm cho Ic1 t¨ng; UCE1 t¨ng, UBE2 t¨ng IC2 t¨ng qu¸ trình, xảy dẫn tới T2 dẫn bão hoà và T1 dừng hẳn T2 dẫn tụ C2 đợc nạp điện để chuẩn bị mở T1 và đóng T2 chu kỳ Nh theo thời gian T1 và T2 thay dẫn Chu kỳ tín hiệu RB1 và C2, RB2 và C1 định Mạch dao động ca 1) Sơ đồ hình vẽ (+) RB1 RB1 B T1 C Ura C E t O RB2 (-) - RB1, RB2 xác định điểm làm việc cho T1 T1 dẫn tụ C đợc nạp điện, T2 dÉn gióp tô C phãng ®iÖn 2) Nguyªn lý Để đảm bảo điện áp có dạng ca tuyến tính thì dòng điện nạp và dòng điện phóng tụ C không thay đổi - Để đáp ứng điều này ta dùng T1, dòng điện cực góp không chịu ảnh hởng cña ®iÖn ¸p gi÷a cùc gãp vµ cùc ph¸t Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc RB1, RB2 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (97) Ch¬ng 9393939393V93: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n không đổi nên dòng diện cực gốc T1 không đổi Do đó tụ C đợc nạp dòng điện cực góp đèn T1 dòng điện này không đổi Còn T2 giúp tụ C phóng điện qua nó Khi có xung điều khiển âm thì T2 không dẫn tụ C lại đ ợc nạp điện qua T1 Quá trình nạp phóng nh ta đợc dao động tuyÕn tÝnh ? Nêu khái niệm chung mạch dao động đa hài, dao động ca ? So sánh u nhợc điểm hai dạng sơ đồ ? 5.4.øng dông kü thuËt ®iÖn tö th«ng tin 5.4.1 C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n Âm là dạng sáng học đợc truyền môi trờng vật chất Nhất định đến tai ngời tác động vào quan thính giác tạo cảm giác âm (micro) Biến đổi âm thành tín hiệu điện a CÊu t¹o vµ nguyªn lý N S * CÊu t¹o: §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (98) Ch¬ng 9494949494V94: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n gồm lõi đợc chế tạo nam châm vĩnh cửu số (3) cuộn dây (2) đợc quấn xung quanh lõi Cuộn dây đợc gắn với màng dung (1) và có thể lên xuống dÔ dµng khe hë gi÷a lâi vµ trô thÐp * Nguyªn lý - Khi âm tác dụng vào màng theo cờng độ âm thanh, kéo theo cuộn dây chuyển động các vòng dây xuất sức điện động cảm ứng Sức điện động này phụ thuộc vào cờng độ âm tác dụng vào mµng rung nh tín hiệu lấy điện lấy đầu cuộn dây tỷ lệ thuận với cờng độ và tần sè cña ©m b) øng dông Dïng hÖ thèng ph¸t Biến đổi tín hiệu điện thành âm (loa) a) CÊu t¹o gần giống nh Micro khác đầu cuộn dây, dùng để đa tín hiệu vào, ngoài màng rung còn có thêm màng khuếch tán để giúp âm truyền xa b) Nguyªn lý Khi có tín hiệu đa vào đầu cuộn dây dòng điện cuộn dây thay đổi tỷ lệ với cờng độ và tần số âm Lực tác dụng lên cuộn dây tỷ lệ với dòng điện chạy nó.Do dòng điện thay đổi nên lực tác dụng thay đổi làm cuộn dây và màng rung dao động và phát âm ? Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ ©m ? Phơng pháp biến đổi âm thành tín hiệu điện và ngợc lại ? 5.4.2 Nguyªn lý ph¸t a Sơ đồ khối B§ – Micro §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (99) Ch¬ng 9595959595V95: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n – Bộ khuếch đại âm tần - Bộ biến đổi – Máy phát sóng mang (tạo sóng cao tần để chứa tín hiệu âm tần) – Khuếch đại cao tần - ¡ngten ph¸t b Nguyên lý hoạt động - Micro biến đổi âm thành tín hiệu điện phát sóng tạo dao động cao tần sau đó đợc trộn với tín hiệu âm tần thành tín hiệu tổng hợp nhờ biến đổi Tín hiệu tổng hợp này đợc tách sóng và đa vào khuếch đại nhằm nâng cao công suất để có thể truyền tín hiệu xa nhờ Ăngten phát ? Thành lập sơ đồ khối, giải thích chức các khối ? Nêu nguyên lý hoạt động và phạm vi ứng dụng ? 5.4.3 Nguyªn lý thu 1-¡ng ten thu 2- Khuếch đại cao tần 3- T¸ch sãng 4- Khuếch đại âm tần 5- Loa - Sóng vô tuyến vào Ăngten thu cảm ứng sức điện động qua khuếch đại cao tần nâng biên độ tín hiệu sau đó tách tín hiệu âm tần nhờ bô tách sóng, đa tín hiệu này vào khuếch đại âm tần cung cấp cho loa * Ph©n lo¹i m¸y thuthanh - M¸y thu ph©n thµnh lo¹i chÝnh §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (100) Ch¬ng 9696969696V96: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n + Máy thu khuếch đại thẳng (khuếch đại trực tiếp) nh nguyên lý máy thu + Máy thu đổi tần ¡ng ten f1 K§CT Trén tÇn K§TT TS K§¢T M¸y ph¸t sãng f2 - Khối khuếch đại cao tần làm tăng giá trị hiệu thu đợc khối phát sóng là mạch tự dao động có máy thu Khối trộn tần dùng để tổng hợp tín hiệu khối khuếch đại cao tần và khối phát sóng để tạo tín hiệu trung gian có tần số tæng hîp cña tÇn sè (trung tÇn) - Khối khuếch đại trung tần dùng để khuếch đại tín hiệu vừa tổng hợp đợc tõ khèi trén tÇn - Khối tách sóng dùng để tách tín hiệu âm tần khỏi tín hiệu trung tần để đa vào tầng khuếch đại công suất * ¦u, nhîc ®iÓm - Máy thu khuếch đại thẳng đơn giản, dễ chế tạo nhng chất lợng thấp - Máy thu đổi tần số có cấu tạo phức tạp nhng chất lợng cao nên đợc sử dông rÊt phæ biÕn ? Thành lập sơ đồ khối và giải thích chức các khối ? Nªu nguyªn lÝ vµ ph©n lo¹i m¸y thu ? 5.5 HÖ thèng c©u hái luyÖn tËp §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (101) Ch¬ng 9797979797V97: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n Cho biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động mạch chỉnh lu nửa chu kỳ và chu kú ? VÏ vµ ph©n tÝch m¹ch san b»ng ®iÖn ¸p chØnh lu ? ThÕ nµo lµ m¹ch æn ¸p, vÏ vµ ph©n tÝch m¹ch æn ¸p ? Vẽ và phân tích mạch biến đổi điện ? Nêu khái niệm chung và các thông số mạch khuyếch đại điện tử ? Vẽ sơ đồ nguyên lý và cho biết nguyên lý hoạt động mạch khuyếch đại tín hiÖu nhá ? Cho biết nào là ổn định điểm làm việc mạch khuyếch đại tín hiệu nhỏ? Vẽ sơ đồ nguyên lý và nêu đặc điểm chung, thuyết minh nguyên lý làm việc mạch khuyếch đại công suất ( Tín hiệu lớn ) Vẽ sơ đồ nguyên lý và thuyết minh nguyên lý làm việc mạch khuyếch đại c«ng suÊt ®Èy kÐo ? 10 Thế nào là nối tầng khuyếch đại Nêu các yêu cầu ? 11 Cho biết số hình thức nối tầng khuyếch đại thông dụng đó là nối tầng dïng tô ®iÖn, nèi tÇng dïng biÕn ¸p ? 12 Thế nào là mạch dao động ? 13 Vẽ và phân tích mạch dao động dùng LC ? 14 Vẽ và phân tích mạch dao động dùng RC ? 15 Vẽ và phân tích nguyên lý làm việc mạch dao động nghẹt ? 16 Vẽ sơ đồ nguyên lý và nêu nguyên lý làm việc mạch dao động đa hài ? 17 Vẽ sơ đồ nguyên lý và nêu nguyên lý làm việc mạch dao động ca? 18 Nêu khái niệm chung - cấu tạo và nguyên lý biến đổi âm thành tín hiÖu ®iÖn ? 19 Cho biết quá trình biến đổi từ tín hiệu điện thành tín hiệu âm ( loa ) §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (102) Ch¬ng 9898989898V98: M¹ch ®iÖn tö c¬ b¶n §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (103) Tµi liÖu tham kh¶o 1.Ph¹m Ngäc B×nh - §iÖn Kü ThuËt - Nhµ xuÊt b¶n Khoa Häc Kü ThuËt 2000 §Æng v¨n §µo - Lª V¨n Doanh - Kü ThuËt §iÖn - Nhµ xu¸t b¶n Khoa Häc Kü ThuËt - 2002 Hoµng H÷u ThËn - C¬ Së Kü ThuËt §iÖn - Nhµ xuÊt b¶n c«ng nh©n kÜ thuËt Hµ Néi - 1980 Ph¹m Minh Hµ - Kü ThuËt M¹ch §iÖn Tö ( tËp + + ) - Nhµ xuÊt b¶n Khoa Häc Vµ Kü ThuËt Hµ Néi - 1992 §ç Xu©n Thô - Kü ThuËt §iÖn Tö - Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o Dôc - 2000 NguyÔn ViÕt Nguyªn - Gi¸o tr×nh linh kiÖn ®iÖn tö vµ øng dông, nhµ xuÊt b¶n gi¸o dôc, 2002 Phan đăng khải - Giáo trình kĩ thuật lắp đặt điện, nhà xuất giáo dục, 2002 §KT/ PN 2003 3504 - 019.00 (104)