Cấu tạo mạch điện
Kỹ thuật nghiên cứu những ứng dụng của các hiện tượng điện tử nhằm biến đổi năng lương và tín hiệu, bao gồm việc phát, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng trong sản xuất và đời sống.
1
Låìi noïi âáöu
Kyî thuáût âiãûn nghiãn cæïu nhæîng æïng duûng cuía caïc hiãûn tæåüng âiãûn tæì nhàòm biãún
âäøi nàng læåüng vaì tên hiãûu, bao gäöm viãûc phaït, truyãön taíi, phán phäúi vaì sæí duûng âiãûn
nàng trong saín xuáút vaì âåìi säúng.
Âiãûn nàng ngaìy nay âæåüc sæí duûng räüng raîi trong moüi laînh væûc vç caïc æu âiãøm
sau :
• Âiãûn nàng âæåüc saín xuáút táûp trung våïi nguäön cäng suáút låïn.
• Âiãûn nàng coï thãø truyãön taíi âi xa våïi hiãûu suáút cao.
• Âiãûn nàng dãù daìng biãún âäøi thaình caïc caïc daûng nàng læåüng khaïc.
• Nhåì âiãûn nàng coï thãø tæû âäüng hoaï moüi quaï trçnh saín xuáút, náng cao nàng
suáút lao âäüng.
Âiãûn nàng tuy âæåüc phaït hiãûn cháûm hån caïc nàng læåüng khaïc, nhæng våïi viãûc
phaït hiãûn vaì sæí duûng âiãûn nàng âaî thuïc âáøy caïch maûng khoa hoüc cäng nghãû tiãún nhæ
vuî baîo sang kyî nguyãn âiãûn khê hoaï vaì tæû âäüng hoaï. Vaìo cuäúi thãú kyî 19, ngaình kyî
thuáût âiãûn tæí ra âåìi vaì giæîa thãú kyî 20 chãú taûo âæåüc linh kiãûn âiãûn tæí cäng suáút coï
âiãöu khiãøn, tæì doï âiãûn tæí cäng suáút phaït triãùn âaî thuïc âáøy vaì laìm thay âäøi táûn gäúc rãù
laînh væûc kyî thuáût âiãûn. Kyî thuáût âiãûn vaì kyî thuáût âiãûn tæí hoaì nháûp phaït triãùn, cuìng
våïi cäng nghãû thäng tin âaî âæa nãön saín xuáút xaî häüi sang giai âoaûn kinh tãú tri thæïc.
Giaïo trçnh kyî thuáût âiãûn naìy gäöm hai pháön :
Pháön I cung cáúp caïc kiãún thæïc vãö maûch âiãûn (thäng säú, mä hçnh âënh luáût) vaì caïc
phæång phaïp tênh toaïn maûch âiãûn coï chuï yï âãún doìng âiãûn hçnh sin vaì maûch ba pha.
Pháön II cung cáúp caïc kiãún thæïc vãö nguyãn lyï, cáúu taûo, âàûc tênh vaì æïng duûng cuía
caïc loaûi maïy âiãûn.
Giaïo trçnh kyî thuáût âiãûn âæåüc biãn soaûn dæûa trãn kinh nghiãûm giaíng daûy nhiãöu
nàm åí nhoïm chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp - Khoa Âiãûn - Træåìng Âaûi Hoüc Baïch
Khoa - Âaûi Hoüc Âaì Nàông vaì tham khaío giaïo trçnh cuía caïc træåìng baûn. Âáy laì giaïo
trçnh âæa lãn maûng nhàòm giuïp cho sinh viãn khäng chuyãn âiãûn laìm taìi liãûu tham
khaío vaì hoüc táûp.
Do trçnh âäü coï haûn, giaïo trçnh kyî thuáût âiãûn khäng traïnh khoíi thiãúu soït, xin hoan
nghãnh moüi sæû goïp yï cuía baûn âoüc. Caïc yï kiãún âoïng goïp xin gåíi vãö nhoïm chuyãn
män Âiãûn Cäng Nghiãûp - Khoa Âiãûn - Træåìng Âaûi Hoüc Baïch Khoa - Âaûi Hoüc Âaì
Nàông.
Caïc taïc giaí
2
Âaûi Hoüc Âaì Nàông - Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa
Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp
Giaïo trçnh Kyî thuáût Âiãûn
Biãn soaûn : Nguyãùn Häöng Anh, Buìi Táún Låüi, Nguyãùn Vàn Táún, Voî Quang Sån
Pháön I MAÛCH ÂIÃÛN
Chæång 1
KHAÏI NIÃÛM CÅ BAÍN VÃÖ MAÛCH ÂIÃÛN
1.1. MAÛCH ÂIÃÛN VAÌ KÃÚT CÁÚU HÇNH HOÜC CUÍA MAÛCH ÂIÃÛN
1.1.1. Maûch âiãûn
Maûch âiãûn laì táûp håüp caïc thiãút bë âiãûn, näúi våïi nhau bàòng caïc dáy dáùn, taûo thaình
nhæîng voìng kên maì trong âoï doìng âiãûn coï thãø chaûy qua. Maûch âiãûn âæåüc cáúu truïc tæì
nhiãöu thiãút bë khaïc nhau, chuïng thæûc hiãûn caïc chæïc nàng xaïc âënh âæåüc goüi laì pháön
tæí maûch âiãûn. Hai loaûi pháön tæí chênh cuía maûch âiãûn laì nguäön vaì phuû taíi (taíi). Hçnh
1.1 laì mäüt vê duû vãö maûch âiãûn, trong âoï : nguäön âiãûn laì maïy phaït âiãûn MF; taíi laì
boïng âeìn  vaì âäüng cå âiãûn ÂC vaì dáy dáùn laì dáy
kim loaûi. Nhæ váûy maûch âiãûn gäöm : Dáy dáùn a
1 3
1. Nguäön âiãûn : Nguäön âiãûn laì thiãút bë phaït ra 2
âiãûn nàng, vãö nguyãn lyï laì thiãút bë biãún âäøi caïc daûng MF Â ÂC
nàng læåüng khaïc thaình âiãûn nàng. Vê duû nhæ maïy I III
II
phaït âiãûn biãún cå nàng thaình âiãûn nàng, pin vaì
acquy biãún hoaï nàng thaình âiãûn nàng. . . b
Hçnh 1.1 Maûch âiãûn
2. Phuû taíi : Phuû taíi laì caïc thiãút bë tiãu thuû âiãûn
nàng vaì biãún âäøi âiãûn nàng thaình caïc daûng nàng læåüng khaïc, nhæ âäüng cå âiãûn biãún
âiãûn nàng thaình cå nàng, âeìn âiãûn biãún âiãûn nàng thaình quang nàng, baìn laì vaì bãúp
âiãûn biãún âiãûn nàng thaình nhiãût nàng. . .
Ngoaìi hai loaûi chênh trãn, trong maûch âiãûn coìn coï dáy dáùn näúi tæì nguäön âãún taíi
âãø taûo thaình maûch voìng kên vaì âãø truyãön taíi âiãûn nàng tæì nguäön âãún taíi.
1.1.2. Kãút cáúu hçnh hoüc cuía maûch âiãûn.
Kãút cáúu hçnh hoüc cuía maûch âiãûn gäöm coï : Nhaïnh, nuït, voìng.
3
1. Nhaïnh : Nhaïnh laì bäü pháûn cuía maûch âiãûn, gäöm caïc pháön tæí màõc näúi tiãúp
nhau trong âoï coï cuìng mäüt doìng âiãûn chaûy qua. Maûch âiãûn hçnh 1.1 coï ba nhaïnh
âaïnh säú 1, 2 vaì 3.
2. Nuït : Nuït laì chäù gàûp nhau cuía ba nhaïnh tråí lãn. Maûch âiãûn hçnh 1.1 coï hai
nuït kyï hiãûu a vaì b.
3. Voìng hay maûch voìng : Voìng laì âæåìng âi kheïp kên qua caïc nhaïnh. Maûch
âiãûn hçnh 1.1 taûo thaình ba voìng kyï hiãûu I, II vaì III.
1.2. CAÏC ÂAÛI LÆÅÜNG ÂÀÛC TRÆNG QUAÏ TRÇNH NÀNG LÆÅÜNG
Âãø âàûc træng cho quaï trçnh biãún âäøi nàng læåüng (quaï trçnh nàng læåüng) trong
mäüt nhaïnh hay mäüt pháön tæí cuía maûch âiãûn ta duìng hai âaûi læåüng : Doìng âiãûn i vaì
âiãûn aïp u. Cäng suáút cuía nhaïnh hoàûc cuía pháön tæí laì p = u.i.
1.2.1. Doìng âiãûn
Doìng âiãûn laì doìng chuyãøn dëch coï hæåïng cuía caïc âiãûn têch. Cæåìng âäü doìng âiãûn
i (goüi tàõc laì doìng âiãûn) vãö trë säú bàòng täúc âäü biãún thiãn cuía læåüng âiãûn têch q qua tiãút
diãûn ngang cuía mäüt váût dáùn.
dq
i= (1.1)
dt
trong âoï, q laì âiãûn têch qua tiãút diãûn ngang cuía váût dáùn trong thåìi gian t.
Trong hãû thäúng âån vë SI (In the standard international system of units), doìng
âiãûn coï âån vë laì A (Ampeìre).
2A -2A
A A
i
A B
B B
(a) (b) (c)
Hçnh 1.2 Qui æåïc vãö chiãöu doìng âiãûn
Chiãöu doìng âiãûn, theo âënh nghéa, laì chiãöu chuyãøn âäüng cuía âiãûn têch dæång
trong âiãûn træåìng (hay ngæåüc chiãöu våïi chuyãøn âäüng caïc âiãûn têch ám). Âãø tiãûn viãûc
tênh toaïn, ngæåìi ta qui æåïc chiãöu doìng âiãûn trãn mäüt nhaïnh bàòng mäüt muîi tãn nhæ
hçnh 1.2a goüi laì chiãöu dæång doìng âiãûn. Nãúu taûi mäüt thåìi âiãøm t naìo âoï, chiãöu doìng
âiãûn truìng våïi chiãöu dæång thç i seî mang dáúu dæång (i > 0, hçnh 1.2b), coìn nãúu chiãöu
doìng âiãûn ngæåüc våïi chiãöu dæång thç i seî mang dáúu ám (i < 0, hçnh 1.2c),
4
1.2.2. Âiãûn aïp
Âiãûn aïp laì hiãûu âiãûn thãú giæîa hai âiãøm. Nhæ váûy âiãûn aïp giæîa hai âiãøm A vaì B
trãn hçnh 1.3a coï âiãûn thãú ϕA vaì ϕB laì :
uAB = ϕA - ϕB (1.2)
Trong hãû thäúng âån vë SI, âiãûn aïp coï âån vë laì V (volt).
Chiãöu âiãûn aïp qui æåïc laì chiãöu tæì âiãøm coï âiãûn thãú cao âãún âiãøm coï âiãûn thãú
tháúp. Cuîng âãø tiãûn viãûc tênh toaïn, ngæåìi ta qui æåïc chiãöu dæång âiãûn aïp trãn mäüt
nhaïnh (thæåìng truìng våïi chiãöu dæång doìng âiãûn) bàòng mäüt muîi tãn vaì trãn âoï ta ghi
kyï hiãûu âiãûn aïp cuía nhaïnh nhæ hçnh 1.3a hoàûc âaïnh dáúu cäüng vaì dáúu træì nhæ hçnh
1.3b,c. Nãúu uAB > 0 âiãûn thãú A cao hån âiãûn thãú B; coìn uAB < 0 âiãûn thãú A tháúp hån
âiãûn thãú B.
i
A
+
uAB _
i i + uAB uAB
A B A B _
B
(a) (b) (c)
Hçnh 1.3 Qui æåïc vãö chiãöu âiãûn aïp
1.2.3. Cäng suáút
Trong mäüt pháön tæí, mäüt nhaïnh hay mäüt maûch âiãûn coï thãø nháûn nàng læåüng hoàûc
phaït nàng læåüng. Khi choün chiãöu doìng âiãûn vaì âiãûn aïp truìng nhau, sau khi tênh toaïn
cäng suáút p cuía nhaïnh, ta coï thãø kãút luáûn nhæ sau vãö quaï trçnh nàng læåüng cuía nhaïnh.
ÅÍ mäüt thåìi âiãøm naìo âoï :
p(t) = u(t).i(t) (1.3)
Nãúu p(t) > 0 : u vaì i cuìng chiãöu: nhaïnh nháûn nàng læåüng.
p(t) < 0 : u vaì i ngæåüc chiãöu: nhaïnh phaït nàng læåüng.
1.2.4. Âiãûn nàng
Nãúu âiãûn aïp u vaì doìng âiãûn i trãn mäüt pháön tæí phuû thuäüc thåìi gian t, âiãûn nàng
tiãu thuû båíi pháön tæí tæì to âãún t laì :
t t
A = ∫ p.dt = ∫ u ( t )i ( t )dt (1.4)
t0 t0
Âån vë cuía âiãûn nàng laì J (Joule), Wh (Watt. giåì). Bäüi säú cuía noï laì : kWh, âáy
laì âån vë âãø tênh tiãön âiãûn.
5
1.3. CAÏC THÄNG SÄÚ VAÌ MÄ HÇNH MAÛCH
Maûch âiãûn gäöm nhiãöu pháön tæí näúi våïi nhau. Khi laìm viãûc nhiãöu hiãûn tæåüng âiãûn
tæì xaíy ra trong caïc pháön tæí. Khi tênh toaïn ngæåìi ta thay thãú maûch âiãûn thæûc bàòng mä
hçnh maûch. Mä hçnh maûch gäöm nhiãöu pháön tæí lyï tæåíng âàûc træng cho quaï trçnh âiãûn
tæì trong maûch vaì âæåüc gheïp näúi våïi nhau tuyì theo kãút cáúu cuía maûch. Dæåïi âáy ta seî
xeït caïc pháön tæí lyï tæåíng cuía mä hçnh maûch goüi laì caïc thäng säú cuía maûch âiãûn.
1.3.1. Caïc thäng säú (pháön tæí) cuía maûch âiãûn
1. Nguäön âiãûn aïp u(t)
i(t)
i(t) +
+ u(t) + u(t)
− e(t) − e(t)
_
(a) (b)
Hçnh 1.4 Kyï hiãûu chiãöu nguäön aïp
Nguäön âiãûn aïp u(t) laì thäng säú cuía maûch âiãûn âàûc træng cho khaí nàng taûo nãn vaì
duy trç trãn hai cæûc cuaí nguäön mäüt âiãûn aïp, khäng phuû thuäüc vaìo giaï trë doìng âiãûn
cung cáúp tæì nguäön. Nguäön aïp âæåüc kyï hiãûu nhæ hçnh 1.4a hoàûc 1.4b vaì âæåüc biãùu
diãùn bàòng mäüt sæïc âiãûn âäüng (sââ) e(t). Chiãöu âiãûn aïp u(t) tæì âiãøm coï âiãûn thãú cao
âãún âiãøm coï âiãûn thãú tháúp, vç thãú âiãûn aïp u(t) chênh bàòng sæïc âiãûn âäüng e(t) cuía
nguäön :
u(t) = e(t) (1.5)
2. Nguäön doìng âiãûn j(t) i(t)
Nguäön doìng âiãûn j(t) âàûc træng cho khaí nàng cuía +
nguäön âiãûn taûo nãn vaì duy trç mäüt doìng âiãûn cung cáúp
j(t) u(t)
cho maûch ngoaìi, khäng phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp trãn hai
cæûc cuía nguäön :
_
j(t) = i(t) (1.6)
Nguäön doìng âiãûn âæåüc kyï hiãûu nhæ hçnh 1.5. Hçnh 1.5 Nguäön doìng âiãûn
3. Âiãûn tråí R
Cho doìng âiãûn i qua âiãûn tråí R (hçnh 1.6) vaì gáy ra coï âiãûn aïp råi uR trãn âiãûn
tråí. Theo âënh luáût Ohm, quan hãû giæîa doìng âiãûn i vaì âiãûn aïp uR laì :
uR = Ri hoàûc i = Gu R (1.7)
6
1
Trong âoï : G = goüi laì âiãûn dáùn. −
R i + uR
Cäng suáút tiãu thuû trãn âiãûn tråí: A B
R
pR = uRi = Ri2 (1.8)
Hçnh 1.6 Âiãûn tråí
Nhæ váûy âiãûn tråí R âàûc træng cho quaï
trçnh tiãu taïn.
Âiãûn nàng tiãu thuû trãn âiãûn tråí R trong khoaíng thåìi gian t:
t t
A = ∫ p R dt = ∫ Ri 2 dt (1.9)
0 0
våïi i = const, ta coï:
A = Ri2t (1.10)
Trong hãû âån vë SI, âiãûn tråí coï âån vë laì Ω (Ohm), âiãûn dáùn laì S (Simen),
4. Âiãûn caím L
Cho qua cuäün dáy coï N voìng mäüt doìng âiãûn i
i + L −
u
thç seî sinh ra tæì thäng moïc voìng våïi cuäün dáy laì :
Ψ = NΦ (1.11) L
Âiãûn caím L cuía cuäün dáy âæåüc âënh nghéa laì: Hçnh 1.7 Cuäün dáy
Ψ NΦ
L= = (1.12)
i i
Âån vë cuía âiãûn caím laì H (Henry).
Nãúu doìng âiãûn i biãún thiãn theo thåìi gian t thç tæì thäng Ψ cuîng biãún thiãn theo
thåìi gian t vaì cuäün dáy caím æïng sââ tæû caím eL khi L = Const (hçnh 1.7) :
dΨ di
eL = − = −L (1.13)
dt dt
Âiãûn aïp råi trãn âiãûn caím:
di
u L = −e L = L (1.14)
dt
Cäng suáút cuäün dáy nháûn:
di
p L = u L i = Li (1.15)
dt
Nàng læåüng tæì træåìng têch luîy trong cuäün dáy:
t i(t )
Wtt = ∫ p L dt = ∫ Li di (1.16)
0 0
1
Váûy Wtt = L i 2 . (1.17)
2
Nhæ váûy âiãûn caím L âàûc træng cho hiãûn tæåüng têch luyî nàng læåüng tæì træåìng cuía
cuäün dáy.
7
5. Häù caím M
Hiãûn tæåüng häù caím laì hiãûn tæåüng xuáút hiãûn tæì træåìng trong mäüt cuäün dáy do
doìng âiãûn biãúïn thiãn trong cuäün dáy khaïc taûo nãn. Trãn hçnh 1.8a laì hai cuäün dáy coï
liãn hãû häù caím våïi nhau.
Tæì thäng moïc voìng våïi cuäün dáy 1 gäöm hai thaình pháön :
Ψ1 = Ψ11 + Ψ12 (1-18)
trong âoï : Ψ11 laì tæì thäng moïc voìng våïi cuäün dáy 1 do chênh doìng âiãûn i1 taûo nãn.
Ψ12 laì tæì thäng moïc voìng våïi cuäün dáy 1 do doìng âiãûn i2 taûo nãn.
Tæång tæû, tæì thäng moïc voìng våïi cuäün dáy 2 :
Ψ2 = Ψ22 + Ψ21 (1-19)
trong âoï : Ψ22 laì tæì thäng moïc voìng våïi cuäün dáy 2 do chênh doìng âiãûn i2 taûo nãn.
Ψ21 laì tæì thäng moïc voìng våïi cuäün dáy 2 do doìng âiãûn i1 taûo nãn.
Ψ11 Ψ21 i1 M i2
+ +
u1 L1 L2 u2
i1 i2
u1 _ u2 _ _ _
+ +
1 1’ 2 2’ (b)
(a)
i1 M i2 i1 M i2
+ + + +
u1 L1 L2 u2 u1 L1 L2 u2
_ _ _ _
(c) (d)
Hçnh 1.8 Hai cuäün dáy gheïp häù caím
Træåìng håüp trong mäi træåìng laì tuyãún tênh, ta coï :
Ψ11 = L1i1; Ψ12 = ± M12i2 (1-20)
Ψ22 = L2i2; Ψ21 = ± M21i1 (1-21)
våïi L1, L2 tæång æïng laì hãû säú tæû caím cuía cuäün dáy 1 vaì 2.
M12 = M21 = M laì hãû säú häù caím giæîa hai cuäün dáy.
Khi thay (1-20) vaì (1-21) vaìo(1-18) vaì (1-19), ta viãút laûi nhæ sau :
8
Ψ1 = L1i1 ± Mi2 (1-22)
Ψ2 = L2i2 ± Mi1 (1-23)
Viãûc choün dáu + hoàûc dáúu − træåïc M trong biãøu thæïc trãn phuû thuäüc vaìo chiãöu
quáún caïc cuäün dáy cuîng nhæ choün chiãöu dæång doìng âiãûn i1 vaì i2. Nãúu cæûc tênh cuía
caïc âiãûn aïp u1, u2 vaì chiãöu dæång doìng âiãûn i1, i2 âæåüc choün nhæ hçnh 1.8a, thç theo
âënh luáût caím æïng âiãûn tæì Faraday, ta coï :
dΨ1 dΨ11 dΨ12 di di
u1 = = + = L1 1 ± M 2 (1-24)
dt dt dt dt dt
dΨ2 dΨ22 dΨ21 di di
u2 = = + = L2 2 ± M 1 (1-25)
dt dt dt dt dt
Cuîng nhæ âiãûn caím L, âån vë cuía häù caím M laì Henry (H). Ta thæåìng kyï hiãûu häù
caím giæîa 2 cuäün dáy bàòng chæî M vaì muîi tãn hai chiãöu nhæ hçnh 1.8b, vaì duìng caïch
âaïnh dáúu hai cæûc cuìng tênh cuía cuäün dáy bàòng dáúu cháúm (*) âãø xaïc âënh dáúu cuía
phæång trçnh (1.24) vaì (1.25). Nãúu hai doìng âiãûn i1 vaì i2 cuìng âi vaìo (hoàûc cuìng âi
ra) caïc cæûc tênh âaïnh dáúu áúy thç tæì thäng häù caím Ψ12 vaì tæû caím Ψ11 cuìng chiãöu. Cæûc
cuìng tênh phuû thuäüc chiãöu quáún dáy vaì vë trê caïc cuäün dáy.
Tæì âënh luáût Lentz, våïi qui æåïc âaïnh dáúu caïc cæûc cuìng tênh nhæ trãn, coï thãø suy
ra qui tàõc sau âáy âãø xaïc âënh dáúu + hoàûc − træåïc biãøu thæïc M.di/dt cuía âiãûn aïp häù
caím. Nãúu doìng âiãûn i coï chiãöu dæång âi vaìo âáöu coï dáúu cháúm trong mäüt cuäün dáy vaì
âiãûn aïp coï cæûc tênh + åí âáöu coï dáúu cháúm trong cuäün dáy kia thç âiãûn aïp häù caím laì
M.di/dt, træåìng håüp ngæåüc laûi − M.di/dt.
Vê duû nhæ hçnh 1-8b, ta coï :
di 1 di
u 1 = L1 +M 2
dt dt
di di
u2 = L2 2 + M 1
dt dt
Våïi hçnh 1-8c, ta coï :
di 1 di
u 1 = L1 −M 2
dt dt
di di
u 2 = −L 2 2 + M 1
dt dt
Våïi hçnh 1-8d, ta coï :
di 1 di
u1 = L1 +M 2
dt dt
di 2 di
u 2 = −L 2 −M 1
dt dt
9
6. Âiãûn dung C
Âàût mäüt âiãûn aïp uC lãn tuû âiãûn thç qua tuû seî coï doìng dëch chuyãøn i vaì åí hai baín
cæûc tuû âiãûn têch luîy âiãûn têch q (hçnh 1.9).
Âiãûn dung C cuía tuû âiãûn laì: + uC −
ii
q
C= (1.26).
uC C
Âån vë cuía âiãûn dung laì F (Fara). Hçnh 1.9 Tuû âiãûn
Doìng âiãûn i qua tuû laì:
dq du
i= =C C (1.27).
dt dt
Tæì (1.20), ta coï âiãûn aïp råi trãn tuû âiãûn coï âiãûn dung C laì :
1t
u C = ∫ idt + u C (0) . (1.28a)
C0
Nãúu åí thåìi âiãøm t = 0 maì uC(0) = 0, ta coï:
1t
u C = ∫ idt (1.28b)
C0
Cäng suáút trãn tuû âiãûn C laì:
du C
p C = u C i = Cu C (1.29)
dt
Nàng læåüng âiãûn træåìng têch luîy trong tuû:
t uC
1
Wât = ∫ p C dt = ∫ Cu C du C = Cu C 2 (1.30)
0 0
2
Váûy âiãûn dung C âàûc træng cho hiãûn tæåüng têch luyî nàng læåüng âiãûn træåìng trong
tuû âiãûn.
1.3.2. Mä hçnh maûch âiãûn
Mä hçnh maûch laì så âäö thay thãú maûch âiãûn maì trong âoï quïa trçnh nàng læåüng vaì
kãút cáúu hçnh hoüc giäúng nhæ maûch âiãûn thæûc, song caïc pháön tæí cuía maûch âiãûn âæåüc
thay thãú bàòng caïc thäng säú lyï tæåíng e, j, R, L,M, C.
Vê duû, thaình láûp så âäö thay thãú maûch âiãûn coï maûch âiãûn thæûc nhæ hçnh 1.10a. Âãø
thaình láûp mä hçnh maûch âiãûn, âáöu tiãn ta liãût kã caïc hiãûn tæåüng nàng læåüng xaíy ra
trong tæìng pháön tæí vaì thay thãú chuïng bàòng caïc thäng säú lyï tæåíng räöi sau âoï näúi våïi
nhau tuyì theo kãút cáúu hçnh hoüc cuía maûch.
Hçnh 1.10b laì så âäö thay thãú cuía maûch âiãûn hçnh 1.10a, trong âoï nãúu maïy phaït
âiãûn MF laì maïy phaït xoay chiãöu thç âæåüc thay bàòng thãú bàòng eMF näúi tiãúp våïi RMF vaì
LMF, âæåìng dáy âæåüc thay thãú bàòng Rd vaì Ld, boïng âeìn  âæåüc thay thãú bàòng RÂ,
10
cuäün dáy Cd âæåüc thay thãú bàòng RCd vaì LCd. Træåìng håüp maïy phaït MF laì maïy phaït
âiãûn mäüt chiãöu thç maûch âiãûn thay thãú trãn hçnh 1.10c
Mä hçnh maûch âiãûn âæåüc sæí duûng ráút thuáûn låüi trong viãûc nghiãn cæïu vaì tênh
toaïn maûch âiãûn vaì thiãút bë âiãûn.
Lâ Rd
 Cd
MF LMF
LCd
RMF RÂ
(a) + RCd
eMF Lâ Rd
−
Rd
(b)
RMF RÂ RCd
eMF +
− Rd
(c) Hçnh 1.10 Mä hçnh maûch âiãûn
1.4. PHÁN LOÜAI VAÌ CAÏC CHÃÚ ÂÄÜ LAÌM VIÃÛC CUÍA MAÛCH ÂIÃÛN
1.4.1. Phán loaûi mach âiãûn
1. Phán theo daûng cuía doìng âiãûn
+ Maûch âiãûn mäüt chiãöu laì maûch âiãûn coï doìng âiãûn mäüt chiãöu. Doìng âiãûn mäüt
chiãöu laì doìng âiãûn coï trë säú vaì chiãöu khäng thay âäøi theo thåìi gian (hçnh1.11).
+ Maûch âiãûn xoay chiãöu laì maûch âiãûn coï doìng âiãûn xoay chiãöu. Doìng âiãûn
xoay chiãöu laì doìng âiãûn coï chiãöu biãún âäøi theo thåìi gian.
Doìng âiãûn xoay chiãöu âæåüc sæí duûng nhiãöu nháút laì doìng âiãûn hçnh sin, biãún âäøi
haìm sin theo thåìi gian (hçnh1.12)
i i
I
t
0
t
0
Hçnh 1.11 Doìng âiãûn mäüt chiãöu Hçnh 1.12 Doìng âiãûn xoay chiãöu
11
2. Phán theo tênh cháút cuía caïc pháön tæí.
+ Maûch âiãûn tuyãún tênh laì maûch âiãûn maì caïc thäng säú R, L, M, C âãöu tuyãún
tênh nghéa laì R, L, M, C âãöu hàòng säú, khäng phuû thuäüc doìng âiãûn i hoàûc âiãûn aïp u
trãn chuïng.
+ Maûch âiãûn phi tuyãú laì maûch âiãûn coï caïc thäng säú R, L, M, C phi tuyãún nghéa
laì R, L, M, C thay âäøi theo doìng âiãûn i hoàûc âiãûn aïp u trãn chuïng.
1.4.2. Chãú âäü laìm viãûc cuía maûch âiãûn
1. Chãú âäü xaïc láûp cuía maûch âiãûn :
Chãú âäü xaïc láûp cuía maûch âiãûn laì quaï trçnh xaíy ra láu daìi trong maûch, dæåïi taïc
âäüng cuía nguäön, doìng âiãûn vaì âiãûn aïp trãn caïc pháön tæí âaût traûng thaïi äø âënh. ÅÍ chãú
âäü xaïc láûp, doìng âiãûn vaì âiãûn aïp trãn caïc pháön tæí biãún thiãn theo qui luáût biãún thiãn
cuía nguäön.
2. Chãú âäü quaï âäü cuía maûch âiãûn :
Chãú âäü quaï âäü cuía maûch âiãûn laì quaï trçnh náøy sinh trong maûch âiãûn, khi noï
chuyãøn tæì chãú âäü xaïc láûp náöy sang chãú âäü xaïc láûp khaïc. Chãú âäü quaï âäü xaíy ra khi
âoïng càõt hoàûc thay âäøi caïc thäng säú cuía maûch coï chæïa L, C. Thåìi gian quaï âäü Δt
thæåìng ráút ngàõn. Trãn hçnh 1.13a,b, træåïc thåìi âiãøm t = 0 laì chãú âäü xaïc láûp cuî, sau
thåìi âiãøm t = Δt laì chãú âäü xaïc láûp måïi, coìn 0 < t < Δt laì chãú âäü quaï âäü.
i I2 i
i2
i1
I1 0 t
t
0 Δt Δt
(a) (b)
Hçnh 1.13 Chãú âäü xaïc láûp vaì quaï âäü
a. Doìng âiãûn mäüt chiãöu; b. Doìng âiãûn xoay chiãöu
1.5. HAI ÂËNH LUÁÛT KIRCHHOFF
1.5.1. Âënh luáût Kirchhoff 1 (K1)
Coìn goüi laì âënh luáût Kirchhoff vãö doìng âiãûn,
i2
âæåüc phaït biãøu nhæ sau : Täøng âaûi säú caïc doìng i1
âiãûn taûi mäüt nuït báút kyì bàòng khäng.
i3
K
∑± ik = 0 (1.31)
nuït
trong âoï, nãúu qui æåïc doìng âiãûn âi âãún nuït mang Hçnh 1.14 Mäüt nuït cuía maûch âiãûn
12
dáúu dæång (+) thç doìng âiãûn råìi khoíi nuït phaíi mang dáúu ám (-) vaì ngæåüc laûi.
VÊ DUÛ 1.1 : Aïp duûng âënh luáût Kirchhoff I, viãút taûi nuït K åí hçnh 1.14. Ta coï :
i1 - i2 - i3 = 0.
1.5.2. Âënh luáût Kirchhoff II (K 2)
Âënh luáût naìy coìn goüi laì âënh luáût Kirchhoff vãö âiãûn aïp, âæåüc phaït biãøu nhæ sau:
Täøng âaûi säú caïc âiãûn aïp trãn caïc pháön tæí doüc theo táút caí caïc nhaïnh trong mäüt
voìng kên våïi chiãöu tuìy yï bàòng khäng.
∑ ± uk = 0 (1.32)
voìng
Nãúu chiãöu maûch voìng âi tæì cæûc + sang − cuía mäüt âiãûn aïp thç âiãûn aïp âoï mang
dáúu +, coìn ngæåüc laûi mang dáúu −.
VÊ DUÛ 1.2 : Nhæ trãn hçnh 1-15, aïp
duûng âënh luáût Kirchhoff vãö âiãûn aïp viãút − − −
R1 u1 R2 u2 R3 u3
phæång trçnh âiãûn aïp cho hai maûch voìng
+ (I) + +
I vaì II, nhæ sau : (II)
+ + +
u1 - u2 + e2 - e1 = 0 − e1 − e2 − e3
u1 - u3 + e3 - e1 = 0
Chuyãøn vãú caïc sââ, ta coï : Hình 1-15
u1 - u2 = e1 - e2
u1 - u3 = e1 - e3
Nhæ váûy ta viãút laûi phæång trçnh (1.32) nhæ sau :
∑ ± u pt = ∑ ± e k (1.33)
voìng voìng
trong âoï upt laì âiãûn aïp trãn caïc pháön tæí khäng phaíi laì nguäön sââ
Âënh luáût Kirchhoff II âæåüc phaït biãøu laûi nhæ sau :
Âi theo mäüt voìng kên våïi chiãöu tuìy yï, täøng âaûi säú caïc suût aïp trãn caïc pháön
tæí bàòng täøng âaûi säú caïc sââ; trong âoï, nãúu chiãöu voìng di tæì cæûc tênh + sang cæûc
tênh − cuía âiãûn aïp thç âiãûn aïp âoï mang dáúu +, coìn ngæåüc laûi mang dáúu − vaì nãúu
chiãöu voìng âi tæì cæûc tênh − sang cæûc tênh + cuía sââ thç sââ âoï mang dáúu +, coìn
ngæåüc laûi mang dáúu −.
Ta coï thãø viãút âiãûn aïp trãn caïc pháön tæí thäng qua caïc biãún cuía nhaïnh, nãn biãøu
thæïc (1-33) coï thãø viãút laûi thaình :
di k 1
∑ (± R k i k ± L k dt C k ∫
± i k dt ) = ∑ ± e k (1-34)
13
Trong âoï, chiãöu maûch voìng cuìng chiãöu dæång doìng âiãûn mang dáu dæång coìn
ngæåüc laûi mang dáúu ám.
VÊ DUÛ 1.3 : Aïp duûng âënh luáût Kirchhoff 2, viãút cho maûch voìng hçnh 1.16 :
1 di 2
R 3i 3 + ∫ i 3dt − L 2 + R1i1 = e 2 − e1
C3 dt
Âënh luáût Kirchhoff 2 noïi lãn tênh cháút thãú i3
cuía maûch âiãûn. Trong mäüt maûch âiãûn xuáút phaït tæì e2
C3
mäüt âiãøm theo mäüt voìng kên vaì tråí laûi vë trê xuáút i2
phaït thç læåüng tàng thãú bàòng khäng. R3
L2
Hai âënh luáût Kirchhoff diãùn taí âáöy âuí quan
+
−
hãû doìng âiãûn vaì âiãûn aïp trong maûch âiãûn. Dæûa
e1 R1 i1
trãn hai âënh luáût naìy ngæåìi ta coï thãø xáy dæûng caïc
phæång phaïp giaíi maûch âiãûn. Hçnh 1-16. Mäüt maûch voìng kên
BAÌI TÁÛP
Bài 1.1. Cho biết mạch điện hình 1-1 có bao nhiêu nhánh, bao nhiêu nút và bao
nhiêu mạch vòng. Hãy nêu ra các nhánh gồm những phần tử nào ? Các vòng qua các
nhánh nào và các nút là điểm gặp nhau của các nhánh nào ?
Bài 1.2. Cho mạch điện như hình 1-2.
1. Mạch điện có bao nhiêu R3 L3
nhánh, bao nhiêu nút và bao
nhiêu mạch vòng ?.
2. Hãy nêu ra các nhánh gồm
những phần tử nào ? Các R1 L2 R4
R5
vòng qua các nhánh nào và
các nút là điểm gặp nhau + + C4
của các nhánh nào ? − e1 − e2
3. Hãy viết biểu thức điện áp
trên các phần tử và các
nhánh ? Hình 1-1
14
Bài 1.3. Cho mạch điện ở hình 1-2 & hình 1-3.
1. Giả thiết mỗi nhánh một dòng điện và định chiều dương dòng điện trên
các nhánh? Giả thiết về điện áp và chiều dương điện áp trên các phần tử.
2. Áp dụng định luật Kirchhoff 1& 2 để viết các phương trình về dòng cho
các nút và các phương trình về điện áp cho các mạch vòng ?
R3 L3 R6 L6
R1 L2 R4 R4 R5
R5
+ + C4
− e1 − e2
R1 L2 L3
Hình 1-3 + + +
− e1 − e2 − e3
Bài 1.4. Hãy tự vẽ một mạch điện gồm 3 nhánh Hình 1-2
nối song song. Mỗi nhánh đều có một nguồn
sđđ và hai phần tử.
1. Dùng định luật Kirchhoff 1& 2 để viết các phương trình về dòng cho các
nút và các phương trình về điện áp cho các mạch vòng ?
2. Từ các phương trình của câu 1, hãy tìm một hệ phương trình độc lập ?
(một phương trình nào đó trong hệ không suy ra từ các phương trình khác
của hệ).
