3. MỤC LỤC I
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. I
HƯỚNG DẪN........................................................................................................... VI
BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN ..................................................... 1
1.1 GIỚI HẠN PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA LÝ THUYẾT MẠCH ........................................ 1
1.1.1 Mạch điện và mô hình:....................................................................................2
1.1.2 Các phần tử dùng trong lý thuyết mạch điện ......................................................4
1.1.3 Mô hình gần đúng các phần tử thực ..................................................................7
1.1.4 Kết cấu hình họccủa mạch điện ........................................................................8
1.1.5 Cuộn dây ghép hỗ cảm ...................................................................................8
1.1.6 Máy biến áp lý tưởng .................................................................................... 10
1.2 PHÂN LOẠI CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MẠCH ĐIỆN .......................................... 11
1.2.1 Phân Loại Theo Loại Dòng Điện Trong Mạch ..................................................... 11
1.2.2 Phân Loại Theo Tính Chất Các Thông Số Mạch .................................................. 12
1.2.3 Phân Loại Theo Quá Trình Năng Lượng Trong Mạch ........................................... 12
1.2.4 Phép Biến Đổi Tương Đương........................................................................... 12
1.3 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN ......................................................... 17
1.3.1 Định luật Kirchhoff 1 (K1).............................................................................. 17
1.3.2 Định luật Kirchhoff 2 (K2): ............................................................................ 18
1.3.3 Định luật cân bằng công suất:........................................................................ 20
1.4 MỘT SỐ CÂU TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN......................................................... 21
1.4.1 Một Số Câu Cơ Bản....................................................................................... 21
1.4.2 Một Số Câu Nâng Cao ................................................................................... 24
BÀI 2: MẠCH XÁC LẬP ĐIỀU HOÀ .............................................................................. 25
2.1 QUÁ TRÌNH ĐIỀU HOÀ: ..................................................................................... 25
2.2 PHƯƠNG PHÁP SỐ PHỨC: ................................................................................. 27
2.2.1 Số phức:..................................................................................................... 27
2.3 QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN TRÊN CÁC PHẦN TỬ …DẪN NẠP ........... 31
2.3.1 Quan hệ áp – dòng trên R, L, C ở chế độ xác lập điều hoá:................................. 31
2.3.2 Các định luật cơ bản của mạch điện phức......................................................... 34
2.3.3 Các Phép Biến Đổi Tương Đương Trong Mạch Điều Hòa: ..................................... 37
2.3.4 Trở kháng – Dẫn nạp:................................................................................... 40
2.4 CÔNG SUẤT ...................................................................................................... 43
2.4.1 Công suất tác dụng và công suất phản kháng:.................................................. 43
2.4.2 Công suất phức và công suất biểu kiến:........................................................... 45
2.4.3 Phát thu công suất và định lý cân bằng công suất:............................................ 47
2.4.4 Nâng cao hệ số cos:.................................................................................... 49
2.4.5 Đo công suất:.............................................................................................. 51
2.4.6 Phối hợp trở kháng giữa tải và nguồn:............................................................. 53
4. II MỤC LỤC
2.5 MẠCH CỘNG HƯỞNG......................................................................................... 55
2.5.1 Mạch cộng hưởng nối tiếp (cộng hưởng điện áp) ............................................... 56
2.5.2 Mạch cộng hưởng song song (cộng hưởng dòng điện) ........................................ 61
2.6 MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN.................................................. 63
2.6.1 Một số câu cơ bản ........................................................................................ 63
2.6.2 Một Số Câu Nâng Cao ................................................................................... 66
BÀI 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN .................................................. 68
3.1 KHÁI NIỆM:...................................................................................................... 68
3.2 PHƯƠNG PHÁP DÒNG NHÁNH:.......................................................................... 68
3.3 PHƯƠNG PHÁP THẾ NÚT:.................................................................................. 71
3.3.1 Phương pháp thế nút .................................................................................... 71
3.3.2 Các định lý biến đổi ...................................................................................... 75
3.3.3 Định lý Thevenin – Norton:............................................................................ 81
3.4 PHƯƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƯỚI:...................................................................... 84
3.5 NGUYÊN LÝ XẾP CHỒNG.................................................................................... 86
3.6 KHỬ HỔ CẢM .................................................................................................... 88
3.7 MỘT SỐ CÂU TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN......................................................... 89
3.7.1 Một số câu cơ bản:....................................................................................... 89
3.7.2 Một số câu nâng cao:.................................................................................... 91
BÀI 4: MẠCH ĐIỆN BA PHA........................................................................................ 94
4.1 KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................................... 94
4.2 CÁCH NỐI HÌNH SAO ........................................................................................ 97
4.2.1 Cách nối ..................................................................................................... 97
4.2.2 Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha trong cách nối hình sao đối xứng. ............ 97
4.3 CÁCH NỐI HÌNH TAM GIÁC ............................................................................... 99
4.3.1 Cách nối ..................................................................................................... 99
4.3.2 Các quan hệ giữa đại lượng dây pha trong cách nối hình tam giác đối xứng. ....... 100
4.4 CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA ..................................................................... 101
4.4.1 Công suất tác dụng .................................................................................... 101
4.4.2 Công suất phản kháng:............................................................................... 102
4.4.3 Công suất biểu kiến và công suất phức: ........................................................ 102
4.5 ĐO CÔNG SUẤT MẠCH BA PHA......................................................................... 103
4.5.1 Đo công suất mạch ba pha đối xứng ............................................................. 103
4.5.2 4.5.2 Đo công suất mạch ba pha không đối xứng............................................ 104
4.5.3 Đo công xuất phản kháng mạch ba pha đối xứng:........................................... 105
4.6 CÁCH GIẢI MẠCH ĐIỆN BA PHA ĐỐI XỨNG ..................................................... 106
4.6.1 Nguồn nối sao đối xứng............................................................................... 106
4.6.2 Giải mạch điện ba pha tải nối hình sao đối xứng ............................................. 106
4.6.3 Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác đối xứng ............................................. 107
4.7 CÁCH GIẢI MẠCH BA PHA KHÔNG ĐỐI XỨNG .................................................. 110
4.7.1 Tải nối hình sao, có dây trung tính tổng trở ZO (hình 4.21) ............................... 110
4.7.2 Nếu xét đến tổng trở Zd của các dây dẫn pha (hình 4.24)................................. 114
5. MỤC LỤC III
4.7.3 Khi tổng trở dây trung tính O
Z = 0 ................................................................ 115
4.7.4 Khi dây trung tính hoặc đứt hoặc không có dây trung tính ( 0
; 0
0
Y
Z )......... 115
4.7.5 Cách giải mạch điện ba pha tải nối hình tam giác không đối xứng...................... 117
4.7.6 Cách giải mạch điện ba pha nguồn tam giác tải nối hình sao không đối xứng: ..... 120
4.8 PHƯƠNG PHÁP CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG. ................................................. 122
4.8.1 Khái niệm ................................................................................................. 122
4.8.2 Phân tích hệ thống ba pha không đối xứng thành các thành phần đối xứng......... 122
4.8.3 Tính chất của các thành phần đối xứng.......................................................... 126
4.8.4 Các bước của phương pháp các thành phần đối xứng ....................................... 127
4.9 MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN................................................ 128
4.9.1 Một số câu cơ bản ...................................................................................... 128
4.9.2 Một số câu nâng cao................................................................................... 130
BÀI 5: MẠNG HAI CỬA............................................................................................. 136
5.1 KHÁI NIỆM:.................................................................................................... 136
5.2 CÁC HỆ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MẠNG 2 CỬA:................................. 136
5.2.1 Hệ phương trình trạng thái dạng Z:............................................................... 137
5.2.2 Hệ phương trình trạng thái dạng Y:............................................................... 139
5.2.3 Hệ phương trình trạng thái dạng H................................................................ 142
5.2.4 Hệ phương trình trạng thái dạng G................................................................ 143
5.2.5 Hệ phương trình trạng thái dạng A:............................................................... 144
5.2.6 Hệ phương trình trạng thái dạng B:............................................................... 146
5.3 CÁCH NỐI CÁC MẠNG HAI CỬA:....................................................................... 147
5.3.1 Nối dây chuyền:......................................................................................... 147
5.3.2 Ghép nối tiếp :........................................................................................... 147
5.3.3 Ghép song song ......................................................................................... 148
5.3.4 Ghép cửa 1 nối tiếp, cửa 2 song song............................................................ 149
5.3.5 Ghép cửa 1 song song, cửa 2 nối tiếp............................................................ 149
5.4 PHÂN LOẠI MẠNG HAI CỬA:............................................................................ 150
5.4.1 Mạng hai cửa tích cực và mạng hai cửa thụ động: ........................................... 150
5.4.2 Mang hai cửa tương hỗ................................................................................ 150
5.4.3 5.4.3 Mạng hai cửa đối xứng – tổng trở đặc tính: ............................................ 151
5.5 CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MẠNG HAI CỬA: ............................................... 152
5.5.1 Trở kháng vào cửa 1:.................................................................................. 152
5.5.2 Hàm truyền đạt áp: .................................................................................... 153
5.5.3 Hàm truyền đạt dòng:................................................................................. 153
5.5.4 Hàm truyền đạt công suất: .......................................................................... 153
5.5.5 Trở kháng vào cửa 2:.................................................................................. 153
5.6 MỘT SỐ CÂU TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN....................................................... 157
5.6.1 Một số câu cơ bản ...................................................................................... 157
5.6.2 Một số câu nâng cao................................................................................... 160
6. IV MỤC LỤC
BÀI 6: PHÂN TÍCH MẠCH TRONG MIỀN THỜI GIAN (QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ) ............. 163
6.1 KHÁINIỆM ..................................................................................................... 163
6.2 PHƯƠNG PHÁP TÍCH PHÂN KINH ĐIỂN........................................................... 164
6.2.1 Giải bài toán với điều kiện ban đầu bằng 0..................................................... 164
6.2.2 Giải bài toán có điều kiện đầu khác không. .................................................... 169
6.3 ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TOÁN TỬ LAPLACE GIẢI BÀI TOÁN QUÁ ĐỘ ............... 176
6.3.1 Một số kiến thức cơ bản để biến đổi Laplace:................................................. 176
6.3.2 Định luật Kirchhof dạng toán tử ................................................................... 181
6.3.3 Sơ đồ toán tử Laplace ................................................................................. 182
6.3.4 Thuật toán tính quá trình quá độ bằng phương pháp toán tử: .......................... 182
6.3.5 Một số ví dụ về bài toán quá độ với các điều kiện ban đầu bằng 0 ..................... 182
6.3.6 Một bài toán quá độ với các điều kiện ban đầu khác 0 ..................................... 185
6.4 MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN................................................ 190
6.4.1 Một số câu cơ bản ...................................................................................... 190
6.4.2 Một số câu nâng cao................................................................................... 194
BÀI 7: PHÂN TÍCH MẠCH TRONG MIỀN TẦN SỐ....................................................... 197
7.1 ĐỊNH NGHĨA HÀM TRUYỀN ĐẠT...................................................................... 197
7.2 BIỂU DIỄN ĐỒ THỊ CỦA HÀM TRUYỂN .......................................................... 202
7.2.1 Đặc tuyến logarit-tần số logarit ................................................................... 202
7.2.2 Đặc tuyến biên độ-tần số logarit(Giản đồ Bode) ............................................. 203
7.2.3 Các ví dụ về đặc tuyến biên tần ................................................................... 205
7.2.4 Đặc tuyến pha - tần số Logarit .................................................................... 208
7.3 P H Â N T Í C H CHUỖIFOURIER................................................................... 210
7.3.1 Chuỗi Fourier lượng giác ............................................................................ 210
7.3.2 Chuỗi Fourier dạng phức ............................................................................ 212
7.4 MỘT SỐ CÂU TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN....................................................... 217
7.4.1 Một số câu cơ bản:lưu ý(dùng biến s hoặc biến p)........................................... 217
7.4.2 Một số câu nâng cao:.................................................................................. 222
BÀI 8: MẠCH PHI TUYẾN ......................................................................................... 225
8.1 KHÁI NIỆM VỀ PHẦN TỬ PHI TUYẾN................................................................ 225
8.1.1 Điện trở phi tuyến...................................................................................... 225
8.1.2 Điện cảm phi tuyến (cuộn dây phi tuyến)...................................................... 226
8.1.3 Điện dung phi tuyến .................................................................................. 227
8.2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC PHẦN TỬ PHI TUYẾN ............................. 228
8.2.1 Điện trở tĩnh và điện trở động........................................................................ 228
8.2.2 Điện cảm tĩnh và điện cảm động.................................................................. 229
8.2.3 Điện dung tĩnh và điện dung động ................................................................ 230
8.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẠCH KTT ..................................................... 230
8.3.1 Phương pháp đồ thị.................................................................................... 230
8.3.2 Phương pháp dò......................................................................................... 231
8.3.3 Phương pháp giải tích ................................................................................. 234
8.4 CÁCH GHÉP NỐI CÁC PHẦN TỬ KTT ................................................................. 239
7. MỤC LỤC V
8.4.1 Mắc nối tiếp các phần tử KTT ....................................................................... 239
8.4.2 Mắc song song........................................................................................... 240
8.4.3 Cách nối các phần tử KTT với nguồn tác động ................................................ 241
8.4.4 Mạch KTT dòng một chiều ........................................................................... 243
8.5 MỘT SỐ CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN................................................ 248
8.5.1 Một số câu cơ bản: ..................................................................................... 248
8.5.2 Một số câu nâng cao:.................................................................................. 251
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 254
8. VI HƯỚNG DẪN
HƯỚNG DẪN
MÔ TẢ MÔN HỌC
Giải tích mạch điện là một trong những môn học tiên quyết nhằm cung cấp kiến
thức cơ bản cho những ai muốn nghiên cứu trong lĩnh vực điện- điện tử. Môn học
trang bị những kiến thức cơ bản về mạch điện, các phương pháp phân tích mạch và
một số ứng dụng của mạch điện trong thực tiễn. Từ đó giúp sinh viên hiểu và phân
tích các vấn đề liên quan trong lĩnh vực điện-điện tử.
Là môn khoa học tự nhiên, giải tích mạch điện nghiên cứu và phân tích một số
hiện tượng vật lí, trang bị kiến thức cơ sở để nghiên cứu chuyên sâu trong các lĩnh
vực điện, điện tử, tự động….
NỘI DUNG MÔN HỌC
- Bài 1. những khái niệm cơ bản về mạch điện: Bài này cung cấp cho sinh viên các
khái niệm về mạch điện, điện áp, dòng điện, công suất. Biết các ký hiệu của nguồn
độc lập và phụ thuộc. Biết cách tính toán công suất của các phần tử trong mạch điện
và các ký hiệu qui ước. Nắm vững một số phép biến đổi tương đương, các định luật.
Phân biệt được các chế độ làm việc trong mạch điện, ghép hỗ cảm.
- Bài 2: mạch xác lập điều hòa: Bài này Nhắc lại một số kiến thức về mạch xác lập
điều hòa,về số phức và các phép toán. Nắm vững kiến thức về phức hóa trong
mạch điện xác lập điều hòa .Biết tính toán trở kháng, dẫn nạp trong mạch điện.
Nắm vững một số định luật, định lí và phép biến đổi tương đương khi phức hóa mạch.
Biết được các đại lượng công suất, phối hợp trở kháng và bù để nâng cao hệ số
công suất. Biết được các mạch cộng hưởng, tính toán các thông số và bản chất của
mạch cộng hưởng.
- Bài 3: các phương pháp phân tích mạch: Bài này cung cấp các phương pháp giải
mạch tuyến tính xác lập với một loại nguồn tác động, với nhiều nguồn tác động trong
một mạch điện. Viết được các phương trình thế nút, mắt lưới, biết được phương
pháp khử hỗ cảm, chuyển vị nguồn. Tính toán và giải được với những mạch điện
tuyến tính có nguồn tác động DC, AC trong chế độ xác lập điều hòa.
9. HƯỚNG DẪN VII
- Bài 4: mạch ba pha: Trong bài này trình bày các khái niệm về mạch 3 pha, các
tính chất của mạch 3 pha. Vận dụng kiến thức để tính toán các mạch 3 pha đối
xứng, bất đối xứng. Biết cách đo công suất trong mạch 3 pha đối xứng, bất đối xứng,
đấu sao và tam giác. Nắm vững về bản chất mạch 3 pha, phương pháp phân tích
mạch 3 pha bất đối xứng thành các thành phần đối xứng. Hiểu ý nghĩa các thành
phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không. Cách mắc tụ bù trong công
nghiệp, ý nghĩa của mạng 3 pha 3 dây, 3 pha 4 dây và đứt dây trung tính.
- Bài 5: mạng hai cửa: Bài này trình bày về khái niệm mạng hai cửa, các phương
trình trạng thái mạng hai cửa, các cách ghép của mạng hai cửa,các hàm truyền,
thông số làm việc của mạng hai cửa. Tính toán các bài toán liên quan đến mạng
hai cửa trong chế độ xác lập.
- Bài 6: phân tích mạch quá độ: Bài này trình bày quá trình quá độ trong mạch
điện và liên hệ với thực tiễn. Nhận biết được các mạch có điều kiện đầu bằng 0,
khác 0, mạch cấp 1, cấp 2. Kiến thức biến đổi Laplace thuận-ngược,các phương
pháp giải bài toán quá trình quá độ cấp 1, cấp 2.
- Bài 7: phân tích mạch trong miền tần số: Bài này trình bày kiến thức về hàm
truyền đạt,đặc tuyến biên tần, pha tần, tín hiệu khác AC,DC. Tính toán được các
bài toán về hàm truyền trong mạch điện và vẽ giản đồ,phân tích được các đáp ứng
ra dạng lượng giác,phức,giải quyết được các bài toán về mạch điện với các dạng
nguồn khác nhau.
- Bài 8: mạch phi tuyến: Bài này trình bày khái niệm về các phần tử phi tuyến,ý
nghĩa của mạch phi tuyến,một số phương pháp trong giải mạch phi tuyến, một số
phép biến đổi tương đương,cách ghép trong mạch phi tuyến. Tính toán được các
thông số trong mạch điện có phần tử tuyến tính và phi tuyến.
KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ
Môn học giải tích mạch điện đòi hỏi sinh viên có nền tảng về toán cao cấp, vật lí.
10. VIII HƯỚNG DẪN
YÊU CẦU MÔN HỌC
Người học phải dự học đầy đủ các buổi lên lớp và làm bài tập đầy đủ ở nhà.
CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC
Để học tốt môn này, người học cần ôn tập các bài đã học, trả lời các câu hỏi và
làm đầy đủ bài tập; đọc trước bài mới và tìm thêm các thông tin liên quan đến bài
học.
Đối với mỗi bài học, người học đọc trước mục tiêu và tóm tắt bài học, sau đó đọc
nội dung bài học. Kết thúc mỗi ý của bài học, người đọc trả lời câu hỏi ôn tập và kết
thúc toàn bộ bài học, người đọc làm các bài tập.
PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC
Môn học được đánh giá gồm:
Điểm quá trình: 30%. Hình thức và nội dung do GV quyết định, phù hợp với quy
chế đào tạo và tình hình thực tế tại nơi tổ chức học tập.
Điểm thi: 70%. Hình thức bài trắc nghiệm trong 60 phút. Nội dung gồm các bài
tập và lý thuyết thuộc bài thứ 1 đến bài thứ 8.
11. BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1
BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ
BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
Mục tiêu của bài:
- Nắm vững các định nghĩa cơ bản về mạch điện, điện áp, dòng điện, công suất.
- Biết các ký hiệu của nguồn độc lập và phụ thuộc.
- Biết cách tính toán công suất của các phần tử trong mạch điện và các ký hiệu qui ước.
- Nắm vững một số phép biến đổi tương đương, các định luật.
- Phân biệt được các chế độ làm việc trong mạch điện, ghép hỗ cảm.
1.1 GIỚI HẠN PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA LÝ
THUYẾT MẠCH
Để nghiên cứu (phân tích và khảo sát) hiện tượng vật lý thì có cần mô hình toán.
Việc xây dựng mô hình toán căn cứ vào các phương trình trạng thái của hiện tượng.
Trong Kỹ Thuật Điện có 2 dạng mô hình: mô hình trường và mô hình mạch. Hai lý
thuyết phục vụ cho dạng này là lý thuyết trường và lý thuyết mạch. Mỗi lý thuyết dựa
trên cơ sở một số biến như:
- Mô hình trường: các biến là E(r,t): cường độ điện trường, H(r,t): cường độ từ
trường, J(r,t): mật độ dòng, ρ(r,t): mật độ điện tích, … và các hệ phương trình như
phương trình Maxwell, …
- Mô hình mạch: được áp dụng trong những trường hợp kích thước hình học của hệ
rất nhỏ so với bước sóng điện từ của tín hiệu. Khi đó các biến chỉ phụ thuộc vào
thời gian mà không phân bố trong không gian, như dòng điện và điện áp trên các
cực. Các phương trình sử dụng trong mô hình mạch là các phương trình của các
12. 2 BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
định luật Kirchhoff, định luật Ohm, …. Bản chất của quá trình điện từ trong các
phần tử được mô tả bởi phương trình đại số hoặc vi tích phân trong miền thời gian
thông qua các biến dòng điện và điện áp các cực của phần tử.
1.1.1 Mạch điện và mô hình:
Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại thành vòng kín có
dòng điện, trong đó xảy ra các quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng,…. Mỗi phần
tử trong mạch thực hiện một chức năng xác định gọi là phần tử mạch điện. Có 2 loại
phần tử chính là nguồn và phụ tải.
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, …
- Cực của phần tử điện là các đầu ra. Phần tử có thể 2 cực, 3 cực, 4 cực, …
- Trên các cực của phần tử có dòng điện, điện áp và công suất.
1.1.1.1 Cường độ dòng điện:
- Dòng điện: là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng.
- Chiều dòng điện là chiều chuyển động dòng điện tích dương.
- Cường độ dòng điện: (gọi tắt là dòng điện) là lượng điện tích chuyển qua một bề
mặt nào đó (tiết diện ngang của dây dẫn) trong một đơn vị thời gian.
- Đơn vị cường độ dòng điện là Ampere (A).
- Ký hiệu: i
- Trong tính toán i là đại lượng đại số kèm theo chiều dương qui ước.
- Sau khi giải:
Nếu i dương: chiều thực của dòng điện trùng với chiều dương qui ước.
Nếu i âm: chiều ngược lại.Ví dụ 1.1:
13. BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 3
Dòng điện một chiều (DC)
i = 5(A)
Dòng điện xoay chiều (AC)
i(t) = 5 sin t
2
(A)
Hình 1.1: Dạng sóng Dòng điện
1.1.1.2 Điện áp
- Là công sinh ra khi 1 đơn vị điện tích dương dịch chuyển từ A đến B.
Với UAB = A - B; A và B là điện thế điểm tại A và B.
- Đơn vị : Volt (V)
- Ký hiệu : U
Trong tính toán điện áp U là lượng đại số theo chiều xác định, ví dụ UAB, khi UAB>0
thế A cao hơn thế B và UAB< 0 thế B cao hơn thế A.
Ví dụ 1.2:
14. 4 BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
1.1.1.3 Công suất
Trong mạch điện, một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc phát năng
lượng. Khi chọn chiều dòng điện và điện áp trên nhánh trùng nhau, sau khi tính toán
công suất p của nhánh ta có kết luận sau về quá trình năng lượng của nhánh. Ở thời
điểm nào đó nếu:
p = ui > 0 (nhánh nhận năng lượng)
p = ui < 0 (nhánh phát năng lượng)
Khi dòng điện có đơn vị A (ampe) và điện áp có đơn vị V (vôn) thì đơn vị công suất
là W(oát).
Ví dụ 1.3:
Công suất mạch một chiều (DC)
u = 5(V) ; i = 5(A)
p= u.i = 25 (W)
Công suất mạch xoay chiều (AC)
u(t)= 5 cos t
2
(V); i(t) = 5 sin t
2
(A);
p(t) = u(t).i(t) = 25 cos t
2
*sin t
2
=12,5sin t
(W)
1.1.2 Các phần tử dùng trong lý thuyết mạch điện
a. Phần tử điện trở R: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện
từ. Công suất tiêu tán P = RI2
- Ký hiệu phần tử điện trở R (hình 1-3)
- Với quan hệ u = Ri(V)
- Đơn vị điện trở R là Ohm[]
b. Phần tử điện cảm L: là phần tử đặt trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng từ
trường. Năng lượng từ trường 2
2
1
Li
WM
- Ký hiệu phần tử điện cảm L (hình 1.4)
- Với quan hệ
( )
( )
di t
u t L
dt
(V)
15. BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 5
- L là thông số cơ bản của mạch điện đặc trưng cho hiện tượng phóng tích năng
lượng trường từ, được gọi là điện cảm.
- Đơn vị điện cảm L là Henry [H]
c. Phần tử 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 1-5)
- Với quan hệ
( )
( )
du t
i t C
dt
- Năng lượng điện trường 2
2
1
CU
WE
- Đơn vị điện dung C là Fara [F]
d. Phần tử nguồn độc lập: là phần tử đặc trưng cho hiện tượng nguồn, phần tử nguồn
gồm hai loại:
Phần tử nguồn áp e(t)
- Ký hiệu phần tử nguồn áp (hình 1.6)
- Với quan hệ u(t) = e(t), trong đó e(t) không phụ
thuộc dòng điện i(t) chảy qua phần tử và được gọi là
sức điện động.
Phần tử nguồn dòng j(t)
- Ký hiệu phần tử nguồn dòng (hình 1.7)
- 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
e(t) và j(t) là hai thông số cơ bản của mạch điện đặc trưng cho hiện tượng nguồn,
do có khả năng phát công suất.
e. Phần tử nguồn phụ thuộc: là phần tử nguồn mà chúng phụ thuộc vào dòng điện
hay điện áp nào đó của mạch.
Phần tử nguồn áp phụ thuộc áp: (hình 1.8)
(VCVS – Voltage Controlled Voltage source)
16. 6 BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
Nguồn áp u2 phụ thuộc vào u1 của mạch.
Với u2 = u1; : không thứ nguyên
Phần tử nguồn áp phụ thuộc dòng: (hình 1.9)
(CCVS – Current Controlled Voltage source)
Nguồn áp u2 phụ thuộc vào dòng i1 của mạch.
Với u2 = r.i1; r: thứ nguyên (ohm)
Phần tử nguồn dòng phụ thuộc áp: (hình 1.10)
(VCCS – Voltage Controlled Current source)
Phần tử nguồn dòng phụ thuộc này phát ra dòng điện i2 phụ thuộc vào điện áp u1
theo hệ thức. Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào u1 của mạch.
Với i2=gu1 ; g thứ nguyên S(Siemen) hay -1
, .
Phần tử nguồn dòng phụ thuộc dòng:(hình 1.11)
17. BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 7
(CCVS – Current Controlled Current source)
Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào dòng i1 của mạch.
Với i2 = i1; : không thứ nguyên
1.1.3 Mô hình gần đúng các phần tử thực
Thực tế không có phần tử nào là thuần điện trở R, thuần dung kháng C, thuần cảm
kháng L hay thuần nguồn e(t), j(t) …. Để tiện cho tính toán giải mạch điện ta đã chấp
nhận sai số mô hình coi các phần tử chỉ mang tính chất đặc trưng của chúng. Khi nghiên
cứu sâu, mô hình chính xác hơn ta có thể mô phỏng gần đúng các phần tử như sau:
a. Phần tử điện trở: (hình 1.12)
b. Phần tử điện cảm: (hình 1.13)
c. Phần tử điện dung: (hình 1.14)
18. 8 BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
d. Phần tử nguồn áp: (hình 1.15)
rtr : nội trở của nguồn áp (nguồn lý tượng rtr =0)
1.1.4 Kết cấu hình họccủa mạch điện
a. Nhánh: là một bộ phận của mạch điện gồm các phần tử mắc nối tiếp trong đó có
cùng dòng điện chạy qua.
b. Nút (đỉnh): Nút là giao điểm của từ ba nhánh trở lên (còn gọi là đỉnh).
c. Vòng: Vòng là lối đi kép kín qua các nhánh.
d. Mắt lưới: là vòng mà không chứa vòng nào khác bên trong nó.
1.1.5 Cuộn dây ghép hỗ cảm
Khi cho dòng điện i1 chạy qua cuộn dây, chúng sẽ tạo ra trên lõi sắt từ một cảm
ứng từ B1. Khi cho hai dòng điện i1 và i2 chạy vào hai cuộn dây, chúng sẽ tạo lên lõi
sắt từ một cảm ứng từ tổng hợp (hình 1.16)
B = B1 B2 (1.1)
Quy tắc đánh dấu cực cùng tính: nếu dòng điện i1 và i2 cùng chạy vào hoặc
cùng chạy ra các cực tính của hai cuộn dây để B1 sẽ cùng chiều B2 thì các cực đó gọi
là cực cùng tính được đánh dấu (*)
Dòng i1 trên cuộn 1 sinh ra từ thông móc vòng với
chính cuộn 1 là 11=L1i1 và sinh ra từ thông móc vòng
với cuộn 2 là 21=Mi1. Tương tự, dòng i2 trong cuộn 2
sinh ra từ thông móc vòng cuộn 1 là 22=L2i2 và từ
thông móc vòng cuộn 1 là 12=Mi2. Trong đó
L1, L2 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:
19. BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 9
12
11
1
2
1
1
1 Mi
i
L
(1.2a)
Tương tự, từ trường móc vòng cuộn 2 là:
21
22
2
1
2
2
2 Mi
i
L
(1.2b)
Dấu (+) nếu 2 dòng điện i1 và i2 cùng chảy vào hoặc chảy vào cực cùng tính.
Dấu (-) nếu 2 dòng điện i1 và i2 cùng chảy vào hai cực khác tính.
Điện áp trên các cuộn dây sẽ là:
dt
t
di
M
dt
t
di
L
dt
d
t
u
)
(
)
(
)
( 2
1
1
1
1
(1.3)
dt
t
di
M
dt
t
di
L
dt
d
t
u
)
(
)
(
)
( 1
2
2
2
2
(1.4)
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.
2
12
1
21
i
i
M
(1.5)
Nếu i1 biến thiên thì điện áp hỗ cảm của cuộn 2 do dòng i1 tạo nên là:
dt
Mdi
dt
d
u 1
21
21
(1.6)
Tương tự điện áp hỗ cảm của cuộn 1 do dòng i2 tạo nên là:
dt
Mdi
dt
d
u 2
12
12
(1.7)
Dấu phụ thuộc vào chiều dòng điện
của 2 cuộn dây so với cực cùng dấu (*)
Ví dụ với các trường hợp sau:
20. 10 BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
Trường hợp 1 (hình 1.17):
dt
di
M
dt
di
L
u
dt
di
M
dt
di
L
u
1
2
2
2
2
1
1
1
Trường hợp 2 (hình 1.18):
dt
di
M
dt
di
L
u
dt
di
M
dt
di
L
u
1
2
2
2
2
1
1
1
Trường hợp 3(hình 1.19):
dt
di
M
dt
di
L
u
dt
di
M
dt
di
L
u
1
2
2
2
2
1
1
1
Trường hợp 4 (hình 1.20):
dt
di
M
dt
di
L
u
dt
di
M
dt
di
L
u
1
2
2
2
2
1
1
1
1.1.6 Máy biến áp lý tưởng
Mức độ ghép hỗ cảm giữa hai cuộn dây được xác định qua hệ số ghép k, được định nghĩa:
2
1L
L
M
k ; với k 1 (1.8)
Khi hệ số ghép k=1, suy ra:
2
1L
L
M (1.9)
Trong cùng lõi thép hệ số tự cảm 2 cuộn dây tỷ lệ bình phương số vòng dây. Nếu
bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông rò ra ngoài không khí thì được gọi là máy biến
áp lý tưởng (hình 1.21)
2
1
2
1
2
n
n
L
L
