chuong 1 mach dien 1

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 1

CHƯƠNG I

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN

TS.GVC. ĐINH HOÀNG BÁCH

MỤC TIÊU CHƯƠNG

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 2

Vai trò và vị trí của LĨNH VỰC Điện-Điện tử với sự phát

triển của xã hội, lịch sử phát triển của ngành điện

Giới thiệu vai trò của môn Mạch điện 1 trong các chuyên

ngành trong lĩnh vực Điện và Điện tử

Các đại lượng và đơn vị sử dụng trong mạch điện

Các khái niệm, thông số và phân loại mạch điện

Các thành phần tải và nguồn của mạch điện

Các định luật cơ bản

Công suất và năng lượng

CÁC LĨNH VỰC ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 3

CÁC LĨNH VỰC ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 4

LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 5


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 6


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 7


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 8


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 9


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 10


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 11


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 12

LỊCH SỬ CỦA ĐIỆN DC & AC

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 13

SMART GRID – MẠNG ĐIỆN TƯƠNG LAI

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 14

1.1 PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA LÝ THUYẾT MẠCH

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 15

Để khảo sát các hiện tượng vật lý, chế độ hoạt động của các phần tử - thiết bị điện/điện tử trong Kỹ thuật điện, Điện tử, Vô tuyến điện thường dùng hai loại mô hình:

Mô hình mạch ↔ Lý thuyết mạch Mô hình trường ↔ Lý thuyết trường

Trong lý thuyết mạch, các thông số được sử dụng là: điện áp, dòng điện, tổng trở, công suất, năng lượng, …Việc khảo sát mạch được dựa trên định luật Ohm và định luật Kirchhoff 1, Kirchhoff 2.

Môn mạch điện 1 sẽ phân tích mạch điện dựa trên mô hình mạch ở trạng thái Xác lập và Dừng

1.2 ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ – ĐƠN VỊ

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 16

1.2 ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ – ĐƠN VỊ

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 17

ĐƠN VỊ HỆ SỐ BỘI – TIỀN TỐ

1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH

Mạch điện được tạo thành từ các phần tử mạch và dây nối. Dựa theo chức năng phần tử mạch được chia thành 2 loại:

Phần tử nguồn: phần tử phát năng lượng, tín hiệu cho các phần tử còn lại;

Phần tử tải: phần tử nhận năng lượng, tín hiệu từ các phần tử còn lại.

Dựa theo cấu trúc chia phần tử mạch thành nhiều loại: Phần tử hai cực, ba cực, và bốn cực

Dựa theo đặc trưng về vật liệu có thể là dẫn điện, cách điện hoặc bán dẫn

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 18


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 19

Nguồn áp, nguồn dòng

VD phần tử hai cực : Điện trở, cuộn kháng, Tụ điện và Diod


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 20

VD Phần tử 3 cực:TRANSISTOR, MOSFET, TRIAC, SCR..

VD Phần tử 4 cực: MBA 1 pha


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 21

Mạch Thông số tập trung vs. Thông số rảiMạch có thông số tập trung là mạch chứa các phần tử có thông số tập trung. Dòng và áp trên phần tử có thông số tập trung không phụ thuộc vào không gian mà chỉ phụ thuộc vào thời gian.Mạch có thông số rải là mạch chứa các phần tử có thông số rải. Dòng và áp trên phần tử có thông số rải không những phụ thuộc vào không gian mà còn phụ thuộc vào thời gian. Mạch thông số tập trung thỏa mãn biểu thức sau:

lmax - Kích thước hình học của mạch - Độ dài bước sóng của tín hiệu điện từ

max 0.01l


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 22

Mạch tuyến tính và không tuyến tính. Mạch tuyến tính thoả mãn nguyên lý xếp chồng và nguyên

lý tỷ lệ.Môn mạch điện 1 chỉ xét các mạch tuyến tính

Mạch dừng và không dừng. Nếu đáp ứng của mạch không phụ thuộc vào thời điểm ở

đó các kích thích được tác động vào mạch thì gọi là dừngMạch chỉ chứa một phần tử có tham số thay đổi theo thời

gian thì là mạch không dừng


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 23

ĐIỆN TÍCHThuộc tính của các nguyên tử cấu tạo nên vật chất, đo bằng Coulomb (C)Ký hiệu qĐiện tích của một hạt electron mang dấu âm (hoặc proton mang dấu +) là 1.602x10-19 CLuật bảo toàn điện tích: tổng số điện tích trong một hệ kín bằng không


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 24

DÒNG ĐIỆN (Cường độ) dòng điện là sự biến thiên của điện tích theo thời gian, đo bằng Ampere (A), biểu diễn bởi:

Có nhiều dạng tín hiệu khác nhau, trong mạch điện 1 xem xét hai dạng chính: một chiều & xoay chiều hình sine.


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 25

ĐIỆN ÁPĐể dịch chuyển điện tử trong dây dẫn theo một hướng, cần có một công, do sức điện động của nguồn tạo ra:

Sức điện động này gọi là điện áp hoặc hiệu điện thếHiệu điện thế giữa hai điểm a&b là công cần có để dịch chuyển một điện tích từ a đến b


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 26

Hãy tìm mối tương quan giữa các thông số của Dòng nước & Dòng điện?


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 27

Tìm mối tương quan giữa độ cao cột nước và thế điện?

Energy potential – Location level

Voltage (Drop) – difference between two potential energy


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 28

Mạng (mạch) điện là một hệ thống liên kết được tạo thành từ phần tử nguồn và phần tử tải, liên lạc về năng lượng thông qua các cửa

Dòng điện là dòng chuyển động có hướng của các điện tích. Chiều dòng điện: chiều dịch chuyển của các hạt điện tích

dương (truyền thống) Giả sử tại một thời điểm t = 0

i > 0 : Chiều Dòng Thực Tế Cùng với chiều quy ước;i < 0 :Chiều Dòng Thực Tế Ngược với chiều quy ước

Hãy tự tóm tắt các khái niệm về các thông số của mạch điện?


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 29

Cường độ dòng điện: (dòng điện) là lượng điện tích dịch chuyển qua một bề mặt nào đó trong một đơn vị thời gian, ký hiệu i, Ampe (A).

Điện thế : Độ chênh lệch về thế điện giữa một điểm và đất (điện thế không), ký hiệu , đơn vị Volt (V)

Điện áp: Độ chênh lệch về thế điện giữa hai điểm xác định, còn gọi là hiệu điện thế, ký hiệu u, đơn vị Volt (V)

u hay UAB = A - B

* Lưu ý: chiều dòng điện và điện áp phải tương ứng nhau (ở thành phần tải)

1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 30

Điện trở - thành phần tiêu tán năng lượng điện Ký hiệu là R, đơn vị là Ohm() Điện Dẫn G là nghịch đảo của điện trở, có đơn vị là (-1) -

Mho hoặc (Simens)

Quan hệ giữa U, I qua R và G biểu thị qua định luật Ohm:

R Ri Gu=

1 1;G RR G

= =

R Ru Ri=


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 31

Điện trở : hình dáng, vật liệu và phân loại


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 32

Cuộn dây (Inductor) - Dây dẫn quấn quanh một lõi, là kho từ (năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường xung quanh lõi), là cơ sở cho việc chuyển hóa từ điện năng sang cơ năng và ngược lại.

Điện cảm của cuộn dây đặc trương cho tính chất chống lại sự thay đổi dòng điện qua cuộn dây,

ký hiệu L, đơn vị Henry (H), H = V.s/A Khi từ trường biến thiên (dòng điện thay đổi) sẽ sinh ra điện

áp cảm ứng


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 33

Cuộn dây


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 34

Quan hệ giữa điện áp và dòng điện theo qui luật sau: Điện áp rơi trên điện cảm theo định nghĩa:

Mà : và L = const nên suy ra:

Điện áp

Dòng điện

)()()( tedttdtu L

dttdiLtu )()(

)()(1)( 0

0

tidttuL

tit

t

iLt .)(


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 35

Tụ điện (Capacitor) - Gồm hai tấm bản cực phân tách bằng lớp điện môi (cách điện), là kho điện (năng lượng điện tích lũy dưới dạng một điện trường giữa hai bản cực).

Điện dung của tụ điện đặc trưng cho khả năng tích - phóng điện, theo điện áp giữa hai bản cực, ký hiệu C, đơn vị Farad (F), F = C/V Khi điện tích biến thiên (điện trường thay đổi) sẽ sinh ra

dòng điện giữa hai bản cực


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 36

Tụ điện: hình dáng, vật liệu


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 37

Tụ điện trao đổi năng lượng điện trường Dòng điện qua điện dung bằng tốc độ biến thiên của điện

tích:

Trong đó: q = fC(u) Nếu có phần tử điện dung tuyến tính thì q(t) = Cu(t) Nên quan hệ giữa dòng và áp qua tụ điện là:

dttdqti )()(

dttduCti )()(


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 38

Câu hỏi thảo luậnĐối với nguồn điện một chiều, vai trò của cuộn dây và tụ điện

như thế nào?

1.5 NGUỒN ĐỘC LẬP & PHỤ THUỘC

Nguồn điện áp độc lập Là phần tử hai cực mà điện áp của nó không phụ thuộc

vào giá trị dòng điện cung cấp từ nguồn (luôn là hằng số trong mạch DC) và chính bằng sức điện động của nguồn: u(t) = e(t)

Kí hiệu

Dòng điện chạy qua nguồn có chiều qui ước như hình vẽ trên, có cường độ dòng điện phụ thuộc vào tải

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 39


Nguồn dòng độc lập Là phần tử hai cực mà dòng điện của nó không phụ

thuộc vào điện áp (là hằng số trong mạch DC) trên hai cực nguồn:

i(t) = j(t) Kí hiệu:

Điện áp trên các cực nguồn có chiều qui ước như hình vẽ, hiệu điện thế trên hai cực phụ thuộc vào giá trị tải mắc vào nó.

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 40


Các nguồn phụ thuộc:Giá trị của áp (dòng) của nguồn phụ thuộc vào dòng/áp ở vị trí

khác của mạch. Voltage-Controlled Current Source (VCCS) Nguồn dòng phụ thuộc áp : i2 = g.u1

Current-Controlled Voltage Source (CCVS) Nguồn áp phụ thuộc dòng: u2 = r.i1

Voltage -Cotrolled Voltage Source (VCVS) Nguồn áp phụ thuộc áp: u2 = .u1

Current-Controlled Current Source (CCCS) Nguồn dòng phụ thuộc dòng: i2 = .i1

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 41

1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 42

Các khái niệm về Đỉnh/Nút, Nhánh, và VòngĐỉnh: Biểu diễn bằng một dấu chấm, đặc trưng cho một vị trí xác định của mạch điện. Nếu 2 đỉnh nối nhau bằng dây dẫn, chúng tạo ra một đỉnh (chung)Nhánh là một đoạn mạch (nguồn hoặc tải) nối giữa hai đỉnhNút chính là một đỉnh có hơn 3 nhánh giao nhau


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 43

Các khái niệm về Đỉnh/Nút, Nhánh, và VòngVòng: Là một đường khép kín đi qua các phần tử của mạch (chỉ đi qua một lần), có thể là vòng độc lập hoặc phụ thuộc.Vòng độc lập cho phép chỉ có duy nhất một nhánh chung với một vòng khácMột mạch điện có d đỉnh, n nhánh và v vòng độc lập sẽ thỏa mãn: v = n – d + 1 (3 = 5 – 3 + 1)


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 44

ĐỊNH LUẬT OHMĐặc trưng cho quan hệ giữa dòng điện & điện áp trên một phần tử Tải.

Biểu thức: U = IR, theo điện thế nút (VA – VB = IR)

HayI = U/R

Dòng điện và điện áp qua một điện trở tỉ lệ thuận với nhau thông qua hằng số R Biết hai trong ba thông số sẽ tính ra thông số còn lại.


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 45

Xác định:1/ Điện áp đặt lên tải (bóng đèn) ? Điện thế các đầu A, B, C?2/ Dòng điện qua tải theo chiều nào? Giá trị dòng điện?

Hình 1.4.1


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 46

Hình 1.4.2 và 1.4.1 khác nhau? Ảnh hưởng gì ?Xác định:1/ Điện áp đặt lên tải (bóng đèn) ? Điện thế các đầu A, B, C?2/ Dòng điện qua tải theo chiều nào? Giá trị dòng điện?

Hình 1.4.2


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 47

Xác định:1/ Điện áp đặt lên tải (bóng đèn) ? Điện thế các đầu A, B, C?2/ Dòng điện qua tải theo chiều nào? Giá trị dòng điện?3/ Nếu tăng nguồn lên 20V, điều gì xảy ra? Hoặc4/ Tăng điện trở tải lên gấp đôi, điều gì xảy ra?

Hình 1.4.3


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 48

Xác định:1/ Điện áp đặt lên tải (bóng đèn) ? Điện thế các đầu A, B, C?2/ Dòng điện qua tải theo chiều nào? Giá trị dòng điện?

Hình 1.4.4


02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 49

Xác định:1/ Điện áp đặt lên tải (bóng đèn) ? Điện thế các đầu A, B, C?2/ Dòng điện qua tải theo chiều nào? Giá trị dòng điện?3/ Nếu tăng nguồn lên 2A, điều gì xảy ra? Hoặc4/ Giảm điện trở tải còn phân nửa, điều gì xảy ra?

Hình 1.4.3

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 50


ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 1 - DÒNG

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 51


ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 1 - DÒNG

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 52


ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 2 – ĐIỆN ÁP

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 53


ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 2 – ĐIỆN ÁP

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 54

1.7 CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 55

1.7 CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN

TỔNG KẾT

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 56

Nhắc lại các nội dung đã học trong bài hoặc chương (chú ý một chương có thể gồm trong nhiều buổi thì nên có phần tóm tắt sau mỗi buổi học)

Có phần cho bài tập về nhà, VD: trong giáo trình hoặc tài liệu tham khảo (Bài số mấy, chương nào)

Có phần nhắc nhở SV đọc trước tài liệu, xem giáo trình (từ trang x đến trang y)

YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN

02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 57

Xem trước Slices bài giảng chương 2 Xem giáo trình chính [1] : trang 3 đến 19 và sách tham khảo

[2] : trang 4 đến 23

SV viết tóm tắt nội dung chương 2 trong giáo trình chính [1]

– yêu cầu không quá 200 từ

Làm bài tập số 1.1 đến 1.10 trong giáo trình chính [1] – sẽ gọi

lên bảng sửa bài lấy điểm

chuong 1 mach dien 1

Design