Upload
haduyhung
View
415
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 6
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 7
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 8
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 9
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 10
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 11
LỊCH SỬ CỦA KỸ THUẬT ĐIỆN
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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.
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 26
Hãy tìm mối tương quan giữa các thông số của Dòng nước & Dòng điện?
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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?
1.3 KHÁI NIỆM MẠCH ĐIỆN, THÔNG SỐ VÀ CÁC PHẦN TỬ MẠCH
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=
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 31
Điện trở : hình dáng, vật liệu và phân loại
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
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
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 33
Cuộn dây
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
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 .)(
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
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
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 36
Tụ điện: hình dáng, vật liệu
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
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 )()(
1.4 PHẦN TỬ TẢI R, L, C
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
1.5 NGUỒN ĐỘC LẬP & PHỤ THUỘC
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
1.5 NGUỒN ĐỘC LẬP & PHỤ THUỘC
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
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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)
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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.
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 1 - DÒNG
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 51
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 1 - DÒNG
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 52
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
ĐỊNH LUẬT KIRCHHOFF 2 – ĐIỆN ÁP
02 Jan 2015 401058 _ Mạch điện 1 53
1.6 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN
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