CHUONG 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.17 MB, 17 trang )

Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
CHƯƠNG I
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
1.1. Mạch điện và mô hình.
1.1.1. Mạch điện
Mạch điện: là một hệ thống gồm các thiết bị điện ghép lại thành vòng kín có dòng
điện, trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo
bởi các đại lượng dòng điện và điện áp. Mỗi phần tử trong mạch thực hiện một chức năng
xác định gọi là phần tử mạch điện. Có 3 loại phần tử chính là nguồn, phụ tải và dây dẫn.
Nguồn điện: là thiết bị tạo ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn điện là thiết bị biến đổi
các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng thành điện năng. Ví dụ: Máy phát
điện, ắc quy, pin mặt trời.
Phụ tải: là các thiết bị tiêu thụ năng lượng và biến đổi điện năng thành các dạng năng
lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng. Ví dụ: động cơ điện, bếp điện, đèn điện.
Dây dẫn: Dây dẫn làm bằng kim loại (đồng, nhôm) dùng để truyền tải điện năng từ
nguồn đến tải.
MF:đồng h vn dòng điện 1 chiều
Hình 1.1. Mạch điện
1.1.2. Mô hình gần đúng các phần tử thực.
Thực tế, không có phần tử nào là thuần điện trở R, thuần dung kháng C và thuần cảm
kháng L hay thuần nguồn e(t), j(t). Để thuận lợi cho việc giải mạch điện, ta chấp nhận sai
số, coi các phần tử chỉ mang tính chất đặt trưng và mô phỏng gần đúng như sau:
1.1.2.1. Phần tử điện trở: (hình 1-2a)
Hình 1.2a
1.1.2.2. Phần tử điện cảm: (hình 1-2b)
Hình 1.2b
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 1
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
1.1.2.3. Phần tử điện dung: (hình 1-2c)
Hình 1.2c
1.1.2.4. Phần tử nguồn áp: (hình 1-2d)

r
tr
: nội trở của nguồn áp (nguồn lý tượng r
tr
=0)
Hình 1.2d
1.2. Kết cấu hình học của mạch điện
Nhánh: là một đoạn mạch gồm các phần tử ghép nối tiếp nhau, trong đó có cùng một
dòng điện chạy từ đầu này đến đầu kia.
Nút: là điểm giao nhau từ ba nhánh trở lên.
Vòng: là lối đi khép kín qua các nhánh.
Ví dụ: Sơ đồ mạch điện như hình 1.1 gồm 3 nhánh (nhánh 1: từ a → MF → b, nhánh
2: từ a → ĐC → b, nhánh 3: từ a → Đ → b), 2 nút a, b và 3 vòng.
1.3. Các đại lượng cơ bản của mạch điện.
Để đặc trưng cho quá trình năng lượng cho một nhánh hoặc một phần tử của mạch
điện ta dùng các đại lượng: dòng điện, điện áp và công suất.
1.3.1. Dòng điện.
Dòng điện: là dòng chuyển dịch có hướng của các điện tích. Chiều dòng điện: là
chiều chuyển động dòng điện tích dương trong điện trừơng. Đơn vị: Ampere (A). Ký hiệu:
i. Trong tính toán i là đại lượng đại số kèm theo chiều dương qui ước.
+ Nếu i dương: chiều thực của dòng điện trùng với chiều dương qui ước.
+ Nếu i âm: chiều ngược lại.
Hình 1.3. Dạng sóng của dòng điện DC và AC
1.3.2. Điện áp.
Là công sinh ra khi 1 đơn vị điện tích dương dịch chuyển từ A đến B. Với
AB A B
U
ϕ ϕ
= −
;

A
ϕ
và
B
ϕ
là điện thế tại điểm A và B. Đơn vị: Volt (V). Ký hiệu: U. Trong
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 2
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
tính toán điện áp U là lượng đại số theo chiều xác định. Khi U
AB
>0 thế A cao hơn thế B và
U
AB
< 0 thế B cao hơn thế A.
Hình 1.4. Dạng sóng của điện áp DC và AC
1.3.3. Công suất.
Trong mạch điện, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát năng lượng. Ở thời
điểm nào đó nếu:
p = ui > 0 (nhận năng lượng).
p = ui < 0 (phát năng lượng).
Khi dòng điện có đơn vị A (ampe) và điện áp có đơn vị V (volt) thì đơn vị công suất
là W(oát).
1.4. Các phần tử của mạch điện.
1.4.1. Các phần tử hai cực.
1.4.1.1. Điện trở R: là phần tử đặt trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ. Công
suất tiêu tán P = RI
2
– Ký hiệu phần tử điện trở R (hình 1-4)
– Với quan hệ u = Ri (V)
– Đơn vị điện trở R là ohm [Ω]

Ngoài ra, ta còn khái niệm điện dẫn
Y = 1/R (đơn vị: 1/Ω = S: Siemen)
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 3
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
1.4.1.2. Điện cảm L: là phần tử đặt trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng từ trường.
Năng lượng từ trường
2
1
2
M
W Li=
– Ký hiệu phần tử điện cảm L (hình 1-5)
– Đơn vị điện cảm L là Henry [H].
– Với quan hệ
( )
( ) ( )
di t
u t L V
dt
=
(1-3)
Từ (1-3), ta thấy điện áp giữa 2 đầu cuộn dây tỉ lệ với sự biến thiên của dòng điện
theo thời gian. Như vậy, trong mạch điện 1 chiều thì điện áp giữa 2 đầu cuộn dây bằng 0.
1.4.1.3. Điện dung C: là phần tử đặt trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng điện
trường.
– Ký hiệu phần tử điện dung C (hình 1-6)
– Với quan hệ
( )
( ) ( )
du t

i t C A
dt
=
(1-4)
– Năng lượng điện trường
2
1
2
E
W CU=
– Đơn vị điện dung C là Fara [F]
Từ (1-4), ta thấy dòng điện qua tụ tỉ lệ sự biến thiên điện áp trên tụ theo thời gian.
1.4.1.4. Nguồn độc lập: là phần tử đặt trưng cho hiện tượng nguồn. Ý nghĩa của “độc lập”
là giá trị của nguồn không phụ thuộc bất kỳ phần tử nào trong mạch điện. Phần tử nguồn
gồm hai loại:
+ Phần tử nguồn áp e(t)
– Ký hiệu phần tử nguồn áp (hình 1-7)
– Với quan hệ u(t) = e(t), trong đó e(t) không phụ thuộc dòng
điện i(t) chạy qua phần tử và được gọi là sức điện động.
+ Phần tử nguồn dòng j(t)
– Ký hiệu phần tử nguồn dòng (hình 1-8)
– Với quan hệ i(t) = j(t), trong đó j(t) không phụ thuộc điện
áp u(t) đặt trên 2 cực của phần tử
1.4.2. Các phần tử bốn cực
1.4.2.1. Nguồn phụ thuộc: là phần tử nguồn mà chúng phụ thuộc vào dòng điện hay điện
áp nào đó của mạch điện. Gồm:
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 4
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
+ Phần tử nguồn áp phụ thuộc áp: (hình 1-5a) (VCVS –
Voltage Controlled Voltage source). Nguồn áp u

2
phụ
thuộc vào u
1
theo hệ thức: u
2
= αu
1
; với α không thứ
nguyên.
Hình 1.5a
+ Phần tử nguồn áp phụ thuộc dòng: (hình 1-5b) (CCVS
– Current Controlled Voltage source). Nguồn áp u
2
phụ
thuộc vào dòng i
1
theo hệ thức: u
2
= r.i
1
; với r: thứ nguyên
(Ω).
Hình 1.5b
+ Phần tử nguồn dòng phụ thuộc áp: (hình 1-5c) (VCCS –
Voltage Controlled Current source). Phần tử nguồn dòng
phụ thuộc này phát ra dòng điện i
2
phụ thuộc vào điện áp
u

1
theo hệ thức i
2
=gu
1
; với g thứ nguyên S (Siemen) hay
Ω
-1
.
Hình 1.5c
+ Phần tử nguồn dòng phụ thuộc dòng: (hình 1-5d)
(CCVS – Current Controlled Current source). Nguồn dòng
i
2
phụ thuộc vào dòng i
1
theo hệ thức: i
2
= βi
1
; với β không
thứ nguyên.
Hình 1.5d
1.4.2.2. Cuộn dây ghép hỗ cảm.
Khi cho dòng điện i
1
chạy qua cuộn dây, chúng sẽ tạo ra trên lõi sắt từ một cảm ứng
từ B
1
. Khi cho hai dòng điện i

1
và i
2
chạy vào hai cuộn dây, chúng sẽ tạo ra trên lõi sắt từ
một cảm ứng từ tổng hợp (hình 1-10)
B = B
1
± B
2
(1-1)
Quy tắc đánh dấu cực cùng tính:
Nếu dòng điện i
1
và i
2
cùng chạy vào hoặc cùng
chạy ra các cực tính của hai cuộn dây thì các cực đó gọi
là cực cùng tính được đánh dấu (*). Dòng i
1
trên cuộn 1
sinh ra từ thông móc vòng với chính cuộn 1 là Φ
11
=L
1
i
1
và sinh ra từ thông móc vòng với cuộn 2 là Φ
21
=Mi
1

.
Tương tự, dòng i
2
trong cuộn 2 sinh ra từ thông móc
vòng cuộn 1 là Φ
22
=L
2
i
2
và từ thông móc vòng cuộn 1 là
Φ
12
=Mi
2
Hình 1.6
Trong đó: L
1
, L
2
là hệ số tự cảm của cuộn 1 và cuộn 2.
M là hệ số hỗ cảm giữa hai cuộn.
Từ thông móc vòng với cuộn 1 là:
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 5
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
1 11 12
Φ = Φ ± Φ
1 1 1 2
L i MiΦ = ±
Tương tự, từ trường móc vòng cuộn 2 là:

2 22 21
Φ = Φ ± Φ
2 2 2 2
L i MiΦ = ±
Dấu (+) nếu 2 dòng điện i
1
và i
2
cùng chạy vào hoặc chạy ra cùng cực tính.
Dấu (-) nếu 2 dòng điện i
1
và i
2
cùng chạy vào hoặc chạy ra khác cực tính.
Điện áp trên các cuộn dây sẽ là:
1 1 2
1 1
( ) ( )
( )
d di t di t
u t L M
dt dt dt
Φ
= = ±
(1-3a)
2 2 1
2 2
( ) ( )
( )
d di t di t

u t L M
dt dt dt
Φ
= = ±
(1-3b)
Hỗ cảm: hiện tượng hỗ cảm là hiện tượng xuất hiện từ trường trong cuộn dây do
dòng điện trong cuộn dây khác tạo nên. Thông số đặt trưng cho hiện tượng hỗ cảm là hệ
số hỗ cảm M.
21 12
1 2
M
i i
Φ Φ
= =
(1-4)
Ví dụ với các trường hợp sau:
Trường hợp 1 (hình 1-9a):
Trường hợp 2 (hình 1-9b):
Trường hợp 3 (hình 1-9c):
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 6
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Trường hợp 4 (hình 1-9d)
1.5. Phép biến đổi tương đương.
1.5.1 Biến đổi điện trở (hình 1-11a,b)
Điện trở ghép nối tiếp
Điện trở ghép song song
1.5.2. Biến đổi nguồn (hình 1-2a,b)
Các nguồn áp nối tiếp
Các nguồn dòng song song
1.5.3. Biến đổi sao – tam giác (hình 1-13)

.
AB CA
A
AB BC CA
R R
R
R R R
=
+ +
.
AB BC
B
AB BC CA
R R
R
R R R
=
+ +
.
BC CA
C
AB BC CA
R R
R
R R R
=
+ +
.
A B
AB A B

C
R R
R R R
R
= + +
.
B C
BC B C
A
R R
R R R
R
= + +
.
C A
CA C A
B
R R
R R R
R
= + +
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 7
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
1.5.4. Mạch phân dòng.
Giả sử biết I, R
1
, R
2
. Tìm I
1

, I
2
.
Ta có công thức dòng điện mạch rẽ.

2
1
1 2
R
I I
R R
=
+
;
1
2
1 2
R
I I
R R
=
+
1.5.5. Mạch phân áp.
Giả sử biết U, R
1
, R
2
. Tìm U
1
, U

2
.
Ta có công thức dòng điện mạch rẽ.

1
1
1 2
R
U U
R R
=
+
;
2
2
1 2
R
U U
R R
=
+
1.5.6. Biến đổi tương đương giữa nguồn áp và nguồn dòng.
Điều kiện để nguồn áp và
nguồn dòng tương đương nhau:

1
.U J R=

Ví dụ 1-4: Tìm dòng điện i(t) trong mạch hình vẽ. Với e(t)=6sin(100πt) (V). Thực
hiện biến đổi tam giác bcf thành hình sao như sau:

Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 8
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Ta dễ dàng suy ra:
( )
( ) 2,239sin(100 )
ad
e t
i t t
R
π
= =
(A)
Các nguồn phụ thuộc cũng được áp dụng như các nguồn độc lập. Ví dụ nguồn áp phụ
thuộc nối tiếp trở kháng như hình vẽ, có thể biến đổi thành nguồn dòng phụ thuộc song
song với trở kháng như sau:
+ Ví dụ nguồn dòng phụ thuộc song song với trở kháng hình 3-8a, có thể biến đổi
thành nguồn áp phụ thuộc nối tiếp trở kháng hình 3-8b:
1.6. Các định luật cơ bản của mạch điện.
1.6.1. Định luật Kirchhoff 1 (K1).
Gọi là định luật Kirchhoff về dòng điện. “Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất
kỳ bằng không”.
1
0
n
k
k
i
=
=
∑

(1-13)
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 9
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Qui ước: dòng điện có chiều đi vào nút mang dấu “+”, còn đi ra nút mang dấu “-”.
Ví dụ: cho một nút mạch như hình vẽ.
Ta có: i
1
+ i
2
+ i
3
– i
4
– i
5
= 0
i
1
+ i
2
+ i
3
= i
4
+ i
5

Nghĩa là tổng các dòng điện đi vào nút
bằng tổng các dòng điện ra khỏi nút. Định luật
K1 nói lên tính chất liên tục của dòng điện.

Mở rộng định luật K1 cho mặt mạch:
Tổng đại số các dòng điện đi qua mặt cắt bất kỳ trong một mạch điện bằng không.
(Dòng điện đi vào mặt cắt lấy dầu “+” và dòng điện đi ra lấy dấu “-“)
Ví dụ 1-7: cho mạch điện hình vẽ.
Viết K1 cho mặt cắt A:
i
1
– i
2
– i
4
= 0
1.6.2. Định luật Kirchhoff 2 (K2).
Gọi là định luật Kirchhoff về điện áp. “Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc
theo tất cả các nhánh trong một vòng bằng không”.
1
0
n
k
k
u
=
=
∑
(1-14)
Dấu của điện áp được xác định dựa trên chiều dương của điện áp đã chọn so với
chiều của vòng. Chiều của vòng được chọn tuỳ ý (cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng
hồ). Trong mỗi vòng nếu chiều vòng đi từ cực “+” sang cực “-” của điện áp, thì điện áp
mang dấu “+” và ngược lại mang dấu “-”.
Ví dụ 1-8: cho mạch như hình 1-21. Viết phương trình K2 cho mạch.

Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 10
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Theo vòng C1: -E
1
+ u
R1
+ u
R2
+ u
R3
+ u
R4
= 0 (1-15a)
Theo vòng C2: -E
2
+ u
R5
+ u
R3
= 0 (1-15b)
Từ (1-15a) suy ra: u
R1
+ u
R2
+ u
R3
+ u
R4
= E
1

Từ (1-15b) suy ra: u
R5
+ u
R3
= E
2

Từ (1-15a) và (1-15b), ta có thể phát biểu K2: “Đi theo vòng khép kín, tổng đại số
các điện áp rơi trên các phần tử bằng tổng đại số các sức điện động trong vòng”; trong đó,
sức điện động và điện áp có chiều cùng với chiều vòng sẽ lấy dấu dương “+”, ngược lại
mang dấu âm “-”.
p i
Vong Vong
u e
=
∑ ∑
∑ (1-16)
Ví dụ 1-7: Viết hệ phương trình K1 và K2 cho mạch điện hình 1-19:
Viết phương trình K1 cho các nút A, B
và C
i
1
– i
2
– i
6
= 0 (1-17a)
i
2

+ i
3
+ i
4
= 0 (1-17b)
i
6
– i
5
– i
4
= 0 (1-17c)
Viết phương trình K2: cho các vòng
ABNA, BCNB và CABC.
-e
1
(t)+u
R1
+u
R2
+u
L2
–u
C
+e
2
(t)=0 (1-17d)
-u
L1
+u

L3
+u
R3
-e
2
(t)+u
C
=0 (1-17e)
– u
J
(t)+u
R2
+u
L2
-u
L1
=0 (1-17f)
Ví dụ 1-8: Cho mạch điện như hình vẽ, xác định dòng điện trên các nhánh và điện áp
trên nguồn dòng.
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 11
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
K1: i
1
+ i
2
+ i
3
= 0
K2: -30 + i
1

.5 + u
J
= 0
-60 + i
2
.10 + u
J
= 0
Giải hệ phương trình trên ta được:
i
1
= -4(A); i
2
= 1(A); u
J
= 50(V)
1.6.3. Định luật cân bằng công suất.
Tổng công suất trên các phần tử trong mạch bằng không
1
( ) 0
n
k
k
p t
=
± =
∑
(1-18)
Ví dụ 1-9: Nghiệm lại công suất cho mạch hình 1-20. Ta có
P

30(V)
= -(-4).(30) = 120(W) (thu)
P
60(V)
= -(1).(60) = -60(W) (phát)
P
3(A)
= -(3).(50) = -150(W) (phát)
P
5(Ω)
= 5.(-4)
2
= 80(W) (thu)
P
10(Ω)
=10.(1)
2
= 10(W) (thu)
Nhận xét: tổng công suất phát (60+150) bằng tổng công suất thu(120+80+10).
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 12
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
BÀI TẬP
Bài tập 1.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1 2 5
10R R R= = = Ω
,
3 6
50R R= = Ω

,
4
30R = Ω
,
100E V
=
.
Hãy xác định dòng điện I.
Đáp số: I = 0,3A
Bài tập 2.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
10R = Ω
,
2
5R = Ω
,
3
1R = Ω
,
1
200E V=
,
2
100E V=
,
3
50E V=
. Hãy xác định:

a. Dòng điện I.
b. Công suất phát của từng nguồn.
c. Công suất tiêu thụ của mạch.
Đáp số:
a.
23,84I A=
.
b.
1
5686,17P W=
,
2
576,9P W=
,
3
4769,14P W=
c.
6576,7P W=
.
Bài tập 3.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
6R = Ω
,
2
5R = Ω
,
3
2R = Ω

,
4
3R = Ω
,
5
4R = Ω
,
1
20E V=
,
2
10E V=
.
Hãy xác định dòng điện qua
3
R
.
Đáp số:
2,98I A=
.
Bài tập 4.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
4R = Ω
,
2 5
10R R= = Ω
,
3

2R = Ω
,
4
1R = Ω
,
1
25J A=
,
2
20J A=
,
20E V
=
.
Hãy xác định
1
I
,
2
I
.
Đáp số:
1
5I A=
,
2
10I A=
.
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 13
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện

Bài tập 5.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
2
10R = Ω
,
3
20R = Ω
,
5J A
=
,
100E V
=
.
Hãy xác định
1
R
.
Đáp số:
1
20R = Ω
.
Bài tập 6.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
30R = Ω
,
2

10R = Ω
,
3 4
20R R= = Ω
,
5J A
=
,
50E V
=
.
Hãy xác định dòng điện qua
2
R
.
Đáp số:
2
1I A= −
.
Bài tập 7.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
10R = Ω
,
2
20R = Ω
,
3
5R = Ω

,
4
8R = Ω
,
5
4R = Ω
,
2J A
=
,
10E V
=
.
Hãy xác định dòng điện qua
2
R
và công suất tiêu
thụ trên nó.
Đáp số:
2
0,61I A=
,
2
7,466P W=
.
Bài tập 8.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
4R = Ω

,
2
2R = Ω
,
3
8R = Ω
,
4
16R = Ω
,
1
10J A=
,
2
5J A=
.
Hãy xác định công suất tiêu thụ và tổng công suất
nguồn.
Đáp số:
34,6
tieuthu
P W=
,
229,41
nguon
P W=
.
Bài tập 9.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:

1
500R = Ω
,
2
5R = Ω
,
1J A
=
,
100E V
=
.
Hãy xác định dòng điện I và công suất tiêu thụ.
Đáp số:
1,25I A=
,
39,06
tieuthu
P W=
.
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 14
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Bài tập 10.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
8,8R = Ω
,
2
4R = Ω

,
3
16R = Ω
,
4
10R = Ω
,
5
14R = Ω
,
6
8,2R = Ω
,
7
12R = Ω
,
8
5,8R = Ω
,
7,3
x
U
J =
.
Hãy xác định E khi công suất tiêu tán
trên
7
147
R
P W=

.
Đáp số:
100E V
=
.
Bài tập 11.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
2R = Ω
,
2
12R = Ω
,
3
20R = Ω
,
4
24R = Ω
,
5
12R = Ω
,
42E V
=
.
Hãy xác định dòng điện
1
I
,

2
I
,
3
I
,
4
I
,
5
I
.
Đáp số:
1
3,5I A=
,
2 3
1,75I I A= =
,
4
0,587I A=
,
5
1,166I A=
.
Bài tập 12.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1 6
12R R= = Ω

,
2 5
4R R= = Ω
,
3 4
8R R= = Ω
,
7
24R = Ω
,
8 9
6R R= = Ω
60E V
=
.
Hãy xác định dòng điện I.
Đáp số:
2I A=
.
Bài tập 13.
Cho mạch điện như hình vẽ
Hãy xác định công suất tiêu thụ trên
6R = Ω
.
Đáp số:
6
1,5P W
Ω
=
.

Bài tập 14.
Cho mạch điện như hình vẽ
Hãy xác định dòng điện
1
I
.
Đáp số:
1
2I A=
.
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 15
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Bài tập 15.
Cho mạch điện như hình vẽ
Hãy xác định dòng điện
1
I
và điện áp U.
Đáp số:
1
2I A=
,
30U V
=
.
Bài tập 16.
Cho mạch điện như hình vẽ
Hãy xác định dòng điện
1
I

và điện áp U
1
.
Đáp số:
1
2I A=
,
1
24U V=
.
Bài tập 17.
Cho mạch điện như hình vẽ
Hãy xác định điện áp U.
Đáp số:
16U V
=
.
Bài tập 18.
Cho mạch điện như hình vẽ
Hãy xác định dòng điện
1
I
.
Đáp số:
1
2,5I A= −
.
Bài tập 19.
Cho mạch điện như hình vẽ
Hãy xác định điện áp U.

Đáp số:
14U V= −
.
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 16
Chương 1: Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện
Bài tập 20.
Cho mạch điện như hình vẽ
Biết:
1
2I A=
Hãy xác định dòng điện I và trị số R.
Đáp số:
6I A
=
,
6R
= Ω
.
Giáo trình: Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 17
tr : nội trở của nguồn áp ( nguồn lý tượng rtr = 0 ) Hình 1.2 d1. 2. Kết cấu hình học của mạch điệnNhánh : là một đoạn mạch gồm những thành phần ghép tiếp nối đuôi nhau nhau, trong đó có cùng mộtdòng điện chạy từ đầu này đến đầu kia. Nút : là điểm giao nhau từ ba nhánh trở lên. Vòng : là lối đi khép kín qua những nhánh. Ví dụ : Sơ đồ mạch điện như hình 1.1 gồm 3 nhánh ( nhánh 1 : từ a → MF → b, nhánh2 : từ a → ĐC → b, nhánh 3 : từ a → Đ → b ), 2 nút a, b và 3 vòng. 1.3. Các đại lượng cơ bản của mạch điện. Để đặc trưng cho quy trình nguồn năng lượng cho một nhánh hoặc một thành phần của mạchđiện ta dùng những đại lượng : dòng điện, điện áp và hiệu suất. 1.3.1. Dòng điện. Dòng điện : là dòng chuyển dời có hướng của những điện tích. Chiều dòng điện : làchiều hoạt động dòng điện tích dương trong điện trừơng. Đơn vị : Ampere ( A ). Ký hiệu : i. Trong giám sát i là đại lượng đại số kèm theo chiều dương qui ước. + Nếu i dương : chiều thực của dòng điện trùng với chiều dương qui ước. + Nếu i âm : chiều ngược lại. Hình 1.3. Dạng sóng của dòng điện DC và AC1. 3.2. Điện áp. Là công sinh ra khi 1 đơn vị chức năng điện tích dương di dời từ A đến B. VớiAB A Bϕ ϕ = − vàlà điện thế tại điểm A và B. Đơn vị : Volt ( V ). Ký hiệu : U. TrongGiáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 2C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điệntính toán điện áp U là lượng đại số theo chiều xác lập. Khi UAB > 0 thế A cao hơn thế B vàAB < 0 thế B cao hơn thế A.Hình 1.4. Dạng sóng của điện áp DC và AC1. 3.3. Công suất. Trong mạch điện, một thành phần hoàn toàn có thể nhận nguồn năng lượng hoặc phát nguồn năng lượng. Ở thờiđiểm nào đó nếu : p = ui > 0 ( nhận nguồn năng lượng ). p = ui < 0 ( phát nguồn năng lượng ). Khi dòng điện có đơn vị chức năng A ( ampe ) và điện áp có đơn vị chức năng V ( volt ) thì đơn vị chức năng công suấtlà W ( oát ). 1.4. Các thành phần của mạch điện. 1.4.1. Các thành phần hai cực. 1.4.1. 1. Điện trở R : là thành phần đặt trưng cho hiện tượng kỳ lạ tiêu tán nguồn năng lượng điện từ. Côngsuất tiêu tán P = RI - Ký hiệu thành phần điện trở R ( hình 1-4 ) - Với quan hệ u = Ri ( V ) - Đơn vị điện trở R là ohm [ Ω ] Ngoài ra, ta còn khái niệm điện dẫnY = 1 / R ( đơn vị chức năng : 1 / Ω = S : Siemen ) Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 3C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện1. 4.1.2. Điện cảm L : là thành phần đặt trưng cho hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng từ trường. Năng lượng từ trườngW Li = - Ký hiệu thành phần điện cảm L ( hình 1/5 ) - Đơn vị điện cảm L là Henry [ H ]. - Với quan hệ ( ) ( ) ( ) di tu t L Vdt ( 1-3 ) Từ ( 1-3 ), ta thấy điện áp giữa 2 đầu cuộn dây tỉ lệ với sự biến thiên của dòng điệntheo thời hạn. Như vậy, trong mạch điện 1 chiều thì điện áp giữa 2 đầu cuộn dây bằng 0.1.4. 1.3. Điện dung C : là thành phần đặt trưng cho hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng điệntrường. - Ký hiệu thành phần điện dung C ( hình 1-6 ) - Với quan hệ ( ) ( ) ( ) du ti t C Adt ( 1-4 ) - Năng lượng điện trườngW CU = - Đơn vị điện dung C là Fara [ F ] Từ ( 1-4 ), ta thấy dòng điện qua tụ tỉ lệ sự biến thiên điện áp trên tụ theo thời hạn. 1.4.1. 4. Nguồn độc lập : là thành phần đặt trưng cho hiện tượng kỳ lạ nguồn. Ý nghĩa của “ độc lập ” là giá trị của nguồn không nhờ vào bất kể thành phần nào trong mạch điện. Phần tử nguồngồm hai loại : + Phần tử nguồn áp e ( t ) - Ký hiệu thành phần nguồn áp ( hình 1-7 ) - Với quan hệ u ( t ) = e ( t ), trong đó e ( t ) không nhờ vào dòngđiện i ( t ) chạy qua thành phần và được gọi là sức điện động. + Phần tử nguồn dòng j ( t ) - Ký hiệu thành phần nguồn dòng ( hình 1-8 ) - Với quan hệ i ( t ) = j ( t ), trong đó j ( t ) không nhờ vào điệnáp u ( t ) đặt trên 2 cực của phần tử1. 4.2. Các thành phần bốn cực1. 4.2.1. Nguồn phụ thuộc vào : là thành phần nguồn mà chúng nhờ vào vào dòng điện hay điệnáp nào đó của mạch điện. Gồm : Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 4C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện + Phần tử nguồn áp phụ thuộc vào áp : ( hình 1-5 a ) ( VCVS – Voltage Controlled Voltage source ). Nguồn áp uphụthuộc vào utheo hệ thức : u = αu ; với α không thứnguyên. Hình 1.5 a + Phần tử nguồn áp phụ thuộc vào dòng : ( hình 1-5 b ) ( CCVS – Current Controlled Voltage source ). Nguồn áp uphụthuộc vào dòng itheo hệ thức : u = r. i ; với r : thứ nguyên ( Ω ). Hình 1.5 b + Phần tử nguồn dòng phụ thuộc vào áp : ( hình 1-5 c ) ( VCCS – Voltage Controlled Current source ). Phần tử nguồn dòngphụ thuộc này phát ra dòng điện iphụ thuộc vào điện áptheo hệ thức i = gu ; với g thứ nguyên S ( Siemen ) hay-1Hình 1.5 c + Phần tử nguồn dòng nhờ vào dòng : ( hình 1/5 d ) ( CCVS – Current Controlled Current source ). Nguồn dòngphụ thuộc vào dòng itheo hệ thức : i = βi ; với β khôngthứ nguyên. Hình 1.5 d1. 4.2.2. Cuộn dây ghép hỗ cảm. Khi cho dòng điện ichạy qua cuộn dây, chúng sẽ tạo ra trên lõi sắt từ một cảm ứngtừ B. Khi cho hai dòng điện ivà ichạy vào hai cuộn dây, chúng sẽ tạo ra trên lõi sắt từmột cảm ứng từ tổng hợp ( hình 1-10 ) B = B ± B ( 1-1 ) Quy tắc lưu lại cực cùng tính : Nếu dòng điện ivà icùng chạy vào hoặc cùngchạy ra những cực tính của hai cuộn dây thì những cực đó gọilà cực cùng tính được ghi lại ( * ). Dòng itrên cuộn 1 sinh ra từ thông móc vòng với chính cuộn 1 là Φ11 = Lvà sinh ra từ thông móc vòng với cuộn 2 là Φ21 = MiTương tự, dòng itrong cuộn 2 sinh ra từ thông mócvòng cuộn 1 là Φ22 = Lvà từ thông móc vòng cuộn 1 là12 = MiHình 1.6 Trong đó : L, Llà thông số tự cảm của cuộn 1 và cuộn 2. M là thông số hỗ cảm giữa hai cuộn. Từ thông móc vòng với cuộn 1 là : Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 5C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện1 11 12 Φ = Φ ± Φ1 1 1 2L i MiΦ = ± Tương tự, từ trường móc vòng cuộn 2 là : 2 22 21 Φ = Φ ± Φ2 2 2 2L i MiΦ = ± Dấu ( + ) nếu 2 dòng điện ivà icùng chạy vào hoặc chạy ra cùng cực tính. Dấu ( - ) nếu 2 dòng điện ivà icùng chạy vào hoặc chạy ra khác cực tính. Điện áp trên những cuộn dây sẽ là : 1 1 21 1 ( ) ( ) ( ) d di t di tu t L Mdt dt dt = = ± ( 1-3 a ) 2 2 12 2 ( ) ( ) ( ) d di t di tu t L Mdt dt dt = = ± ( 1-3 b ) Hỗ cảm : hiện tượng kỳ lạ hỗ cảm là hiện tượng kỳ lạ Open từ trường trong cuộn dây dodòng điện trong cuộn dây khác tạo nên. Thông số đặt trưng cho hiện tượng kỳ lạ hỗ cảm là hệsố hỗ cảm M. 21 121 2 i iΦ Φ = = ( 1-4 ) Ví dụ với những trường hợp sau : Trường hợp 1 ( hình 1-9 a ) : Trường hợp 2 ( hình 1-9 b ) : Trường hợp 3 ( hình 1-9 c ) : Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 6C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnTrường hợp 4 ( hình 1-9 d ) 1.5. Phép biến hóa tương tự. 1.5.1 Biến đổi điện trở ( hình 1-11 a, b ) Điện trở ghép nối tiếpĐiện trở ghép tuy nhiên song1. 5.2. Biến đổi nguồn ( hình 1-2 a, b ) Các nguồn áp nối tiếpCác nguồn dòng tuy nhiên song1. 5.3. Biến đổi sao – tam giác ( hình 1-13 ) AB CAAB BC CAR RR R R + + AB BCAB BC CAR RR R R + + BC CAAB BC CAR RR R R + + A BAB A BR RR R R = + + B CBC B CR RR R R = + + C ACA C AR RR R R = + + Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 7C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch Điện1. 5.4. Mạch phân dòng. Giả sử biết I, R, R. Tìm I, ITa có công thức dòng điện mạch rẽ. 1 2I IR R1 2I IR R1. 5.5. Mạch phân áp. Giả sử biết U, R, R. Tìm U, UTa có công thức dòng điện mạch rẽ. 1 2U UR R1 2U UR R1. 5.6. Biến đổi tương tự giữa nguồn áp và nguồn dòng. Điều kiện để nguồn áp vànguồn dòng tương tự nhau :. U J R = Ví dụ 1-4 : Tìm dòng điện i ( t ) trong mạch hình vẽ. Với e ( t ) = 6 sin ( 100 πt ) ( V ). Thựchiện đổi khác tam giác bcf thành hình sao như sau : Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 8C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnTa thuận tiện suy ra : ( ) ( ) 2,239 sin ( 100 ) ade ti t t = = ( A ) Các nguồn nhờ vào cũng được vận dụng như những nguồn độc lập. Ví dụ nguồn áp phụthuộc tiếp nối đuôi nhau trở kháng như hình vẽ, hoàn toàn có thể biến hóa thành nguồn dòng nhờ vào songsong với trở kháng như sau : + Ví dụ nguồn dòng nhờ vào song song với trở kháng hình 3-8 a, hoàn toàn có thể biến đổithành nguồn áp nhờ vào tiếp nối đuôi nhau trở kháng hình 3-8 b : 1.6. Các định luật cơ bản của mạch điện. 1.6.1. Định luật Kirchhoff 1 ( K1 ). Gọi là định luật Kirchhoff về dòng điện. “ Tổng đại số những dòng điện tại một nút bấtkỳ bằng không ”. ( 1-13 ) Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 9C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnQui ước : dòng điện có chiều đi vào nút mang dấu “ + ”, còn đi ra nút mang dấu “ - ”. Ví dụ : cho một nút mạch như hình vẽ. Ta có : i + i + i – i – i = 0 + i + i = i + iNghĩa là tổng những dòng điện đi vào nútbằng tổng những dòng điện ra khỏi nút. Định luậtK1 nói lên đặc thù liên tục của dòng điện. Mở rộng định luật K1 cho mặt mạch : Tổng đại số những dòng điện đi qua mặt cắt bất kể trong một mạch điện bằng không. ( Dòng điện đi vào mặt phẳng cắt lấy dầu “ + ” và dòng điện đi ra lấy dấu “ - “ ) Ví dụ 1-7 : cho mạch điện hình vẽ. Viết K1 cho mặt phẳng cắt A : - i – i = 01.6.2. Định luật Kirchhoff 2 ( K2 ). Gọi là định luật Kirchhoff về điện áp. “ Tổng đại số những điện áp trên những thành phần dọctheo tổng thể những nhánh trong một vòng bằng không ”. ( 1-14 ) Dấu của điện áp được xác lập dựa trên chiều dương của điện áp đã chọn so vớichiều của vòng. Chiều của vòng được chọn tuỳ ý ( cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồnghồ ). Trong mỗi vòng nếu chiều vòng đi từ cực “ + ” sang cực “ - ” của điện áp, thì điện ápmang dấu “ + ” và ngược lại mang dấu “ - ”. Ví dụ 1-8 : cho mạch như hình 1-21. Viết phương trình K2 cho mạch. Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 10C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnTheo vòng C1 : - E + uR1 + uR2 + uR3 + uR4 = 0 ( 1-15 a ) Theo vòng C2 : - E + uR5 + uR3 = 0 ( 1-15 b ) Từ ( 1-15 a ) suy ra : uR1 + uR2 + uR3 + uR4 = ETừ ( 1-15 b ) suy ra : uR5 + uR3 = ETừ ( 1-15 a ) và ( 1-15 b ), ta hoàn toàn có thể phát biểu K2 : “ Đi theo vòng khép kín, tổng đại sốcác điện áp rơi trên những thành phần bằng tổng đại số những sức điện động trong vòng ” ; trong đó, sức điện động và điện áp có chiều cùng với chiều vòng sẽ lấy dấu dương “ + ”, ngược lạimang dấu âm “ - ”. p iVong Vongu e ∑ ∑ ∑ ( 1-16 ) Ví dụ 1-7 : Viết hệ phương trình K1 và K2 cho mạch điện hình 1-19 : Viết phương trình K1 cho những nút A, Bvà C - i - i = 0 ( 1-17 a ) + i + i = 0 ( 1-17 b ) - i - i = 0 ( 1-17 c ) Viết phương trình K2 : cho những vòngABNA, BCNB và CABC. - e ( t ) + uR1 + uR2 + uL2 – u + e ( t ) = 0 ( 1-17 d ) - uL1 + uL3 + uR3-e ( t ) + u = 0 ( 1-17 e ) - u ( t ) + uR2 + uL2-uL1 = 0 ( 1-17 f ) Ví dụ 1-8 : Cho mạch điện như hình vẽ, xác lập dòng điện trên những nhánh và điện áptrên nguồn dòng. Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 11C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnK1 : i + i + i = 0K2 : - 30 + i. 5 + u = 0-60 + i. 10 + u = 0G iải hệ phương trình trên ta được : = - 4 ( A ) ; i = 1 ( A ) ; u = 50 ( V ) 1.6.3. Định luật cân đối hiệu suất. Tổng hiệu suất trên những thành phần trong mạch bằng không ( ) 0 p t ± = ( 1-18 ) Ví dụ 1-9 : Nghiệm lại hiệu suất cho mạch hình 1-20. Ta có30 ( V ) = - ( - 4 ). ( 30 ) = 120 ( W ) ( thu ) 60 ( V ) = - ( 1 ). ( 60 ) = - 60 ( W ) ( phát ) 3 ( A ) = - ( 3 ). ( 50 ) = - 150 ( W ) ( phát ) 5 ( Ω ) = 5. ( - 4 ) = 80 ( W ) ( thu ) 10 ( Ω ) = 10. ( 1 ) = 10 ( W ) ( thu ) Nhận xét : tổng hiệu suất phát ( 60 + 150 ) bằng tổng hiệu suất thu ( 120 + 80 + 10 ). Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 12C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnBÀI TẬPBài tập 1. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 1 2 510R R R = = = Ω3 650R R = = Ω30R = Ω100E VHãy xác lập dòng điện I.Đáp số : I = 0,3 ABài tập 2. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 10R = Ω5R = Ω1R = Ω200E V = 100E V = 50E V =. Hãy xác lập : a. Dòng điện I.b. Công suất phát của từng nguồn. c. Công suất tiêu thụ của mạch. Đáp số : a. 23,84 I A = b. 5686,17 P W = 576,9 P W = 4769,14 P W = c. 6576,7 P W = Bài tập 3. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 6R = Ω5R = Ω2R = Ω3R = Ω4R = Ω20E V = 10E V = Hãy xác lập dòng điện quaĐáp số : 2,98 I A = Bài tập 4. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 4R = Ω2 510R R = = Ω2R = Ω1R = Ω25J A = 20J A = 20E VHãy xác địnhĐáp số : 5I A = 10I A = Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 13C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnBài tập 5. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 10R = Ω20R = Ω5J A100E VHãy xác địnhĐáp số : 20R = ΩBài tập 6. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 30R = Ω10R = Ω3 420R R = = Ω5J A50E VHãy xác lập dòng điện quaĐáp số : 1I A = − Bài tập 7. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 10R = Ω20R = Ω5R = Ω8R = Ω4R = Ω2J A10E VHãy xác lập dòng điện quavà hiệu suất tiêuthụ trên nó. Đáp số : 0,61 I A = 7,466 P W = Bài tập 8. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 4R = Ω2R = Ω8R = Ω16R = Ω10J A = 5J A = Hãy xác lập hiệu suất tiêu thụ và tổng công suấtnguồn. Đáp số : 34,6 tieuthuP W = 229,41 nguonP W = Bài tập 9. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 500R = Ω5R = Ω1J A100E VHãy xác lập dòng điện I và hiệu suất tiêu thụ. Đáp số : 1,25 I A = 39,06 tieuthuP W = Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 14C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnBài tập 10. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 8,8 R = Ω4R = Ω16R = Ω10R = Ω14R = Ω8, 2R = Ω12R = Ω5, 8R = Ω7, 3J = Hãy xác lập E khi hiệu suất tiêu tántrên147P W = Đáp số : 100E VBài tập 11. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 2R = Ω12R = Ω20R = Ω24R = Ω12R = Ω42E VHãy xác lập dòng điệnĐáp số : 3,5 I A = 2 31,75 I I A = = 0,587 I A = 1,166 I A = Bài tập 12. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 1 612R R = = Ω2 54R R = = Ω3 48R R = = Ω24R = Ω8 96R R = = Ω60E VHãy xác lập dòng điện I.Đáp số : 2I A = Bài tập 13. Cho mạch điện như hình vẽHãy xác lập hiệu suất tiêu thụ trên6R = ΩĐáp số : 1,5 P WBài tập 14. Cho mạch điện như hình vẽHãy xác lập dòng điệnĐáp số : 2I A = Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 15C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnBài tập 15. Cho mạch điện như hình vẽHãy xác lập dòng điệnvà điện áp U.Đáp số : 2I A = 30U VBài tập 16. Cho mạch điện như hình vẽHãy xác lập dòng điệnvà điện áp UĐáp số : 2I A = 24U V = Bài tập 17. Cho mạch điện như hình vẽHãy xác lập điện áp U.Đáp số : 16U VBài tập 18. Cho mạch điện như hình vẽHãy xác lập dòng điệnĐáp số : 2,5 I A = − Bài tập 19. Cho mạch điện như hình vẽHãy xác lập điện áp U.Đáp số : 14U V = − Giáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 16C hương 1 : Những Khái Niệm Cơ Bản Về Mạch ĐiệnBài tập 20. Cho mạch điện như hình vẽBiết : 2I A = Hãy xác lập dòng điện I và trị số R.Đáp số : 6I A6R = ΩGiáo trình : Lý Thuyết Mạch Điện 1 Trang 17

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử