Giáo trình nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH

Tên môn học: Cơ sở kỹ thuật điện

NGHỀ: KTML VÀ ĐHKK

TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP

Ban hành kèm theo Quyết định số:

/QĐ-CĐCN&TM, ngày tháng năm

2018

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Vĩnh Phúc, năm 2018

0

CHƯƠNG 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

Mục tiêu:

Trình bày được những kiến thức cơ bản về mạch điện 1 chiều, các ứng

dụng trong thực tiễn, làm cơ sở cho việc tiếp thu kiến thức kỹ thuật điện phục vụ

chuyên ngành học;

Giải thích được những khái niệm về mạch điện,các phần tử của mạch điện;

Rèn luyện khả năng tư duy logic mạch điện.

Nội dung chính:

* Kiến thức cần thiết để thực hiện công việc:

1. KHÁI NIỆM DÒNG MỘT CHIỀU:

1.1. Định nghĩa dòng điện- chiều dòng điện:

Đặt vật dẫn trong điện trường, các điện tích dương dưới tác dụng của lực

điện trường sẽ chuyển động từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, các

điện tích âm ngược lại sẽ chuyển động từ nơi có điện thế thấp đến nơi có điện thế

cao, tạo thành dòng điện.

* Định nghĩa:

Dòng điện là dòng các điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng của

lực điện trường

* Chiều dòng điện:

Được quy ước là chiều chuyển dịch của các điện tích dương.

1.2. Bản chất dòng điện trong các môi trường:

* Dòng điện trong kim loại:

Ở điều kiện bình thường trong kim loại luôn tồn tại các điện tử tự do,

chúng chuyển động hỗn loạn và không tạo ra dòng điện. Khi đặt kim loại trong

điện trường, dưới tác dụng của lực điện trường các điện tử tự do chuyển động về

hướng cực dương tạo thành dòng điện.

Vậy dòng điện trong kim loại là dòng các điện tử tự do chuyển động

ngược chiều với chiều quy ước của dòng điện.

* Dòng điện trong dung dịch điện ly:

Ở điều kiện bình thường trong dung dịch điện ly luôn tồn tại các ion

dương và ion âm. Khi đặt dung dịch điện ly trong điện trường, các iôn dương sẽ

chuyển động về hướng cực âm cùng chiều với chiều quy ước của dòng điện,

ngược lại các iôn âm chuyển động về hướng cực dương ngược chiều với chiều

quy ước của dòng điện.

Như vậy dòng điện trong dung dịch điện ly là dòng các ion chuyển động

có hướng.

1

* Dòng điện trong không khí:

Ở điều kiện bình thường không khí là chất cách điện tốt. Nếu vì lý do nào

đó trong không khí xuất hiện các điện tử tự do và không khí được đặt trong điện

áp đủ lớn để các điện tử tự do có thể bắn phá được các nguyên tử khí, không khí

bị ion hoá. Dưới tác dụng của lực điện trường các ion và các điện tử tự do

chuyển động có hướng tạo thành dòng điện.

Vậy dòng điện trong chất khí là dòng các ion dương chuyển động theo

chiều quy ước của dòng điện và dòng các ion âm và các điện tử tự do chuyển

động ngược chiều quy ước của dòng điện.

1.3. Cường độ dòng điện:

Cường độ dòng điện là lượng điện tích chuyển dịch qua tiết diện thẳng của

dây dẫn trong một đơn vị thời gian.

Cường độ dòng điện ký hiệu là I, đặc trưng cho độ lớn của dòng điện, ta

có biểu thức:

q

(1-1)

I 

t

Trong đó: q là lượng điện tích chuyển dịch qua tiết dây dẫn trong thời

gian t.

Nếu lượng điện tích chuyển dịch qua tiết diện dây dẫn thay đổi theo thời gian ta

có cường độ dòng điện thay đổi theo thời gian, ký hiệu là i. Khi đó ta có:

i 

(1-2)

Trong đó: dq là lượng điện tích qua tiết diện dây dẫn trong thời gian rất

nhỏ dt.

dt

Đơn vị của điện tích q là Culông (C), của thời gian t là giây (s) thì đơn vị

của cường độ dòng điện là Ampe (A).

Bội số của Am pe là: kilô Ampe (kA): 1kA = 10³A.

Ước số của Ampe là: mili Ampe (mA) và micro Ampe ( A ): 1mA = 10^-

³A; 1A = 10^-6A.

Sự di chuyển của điện tích trong dây dẫn theo một hướng nhất định với tốc

độ không đổi tạo thành dòng điện không đổi hay dòng điện một chiều, ta có định

nghĩa: Dòng điện một chiều là dòng điện có chiều không đổi theo thời gian.

Dòng điện một chiều có cả trị số không đổi theo thời gian gọi là dòng điện

không đổi.

2

Dòng điện có cả chiều hoặc trị số thay đổi theo thời gian gọi là dòng điện

biến đổi. Dòng điện biến đổi có thể là dòng điện không chu kỳ hoặc dòng điện có

chu kỳ.

Trên hình 1-1a biểu diễn dòng điện không đổi, hình 1.1b là dòng điện biến

đổi không chu kỳ kiểu tắt dần, hình 1.1c là dòng điện biến đổi kiểu chu kỳ và

hình 1.1d là dòng điện biến đổi theo chu kỳ có dạng hình sin.

i

a.

b.

i

i = f(t)

i= f(t)

t

i

t

c.

d.

Hình 1.1

1.4. Mật độ dòng điện:

Cường độ dòng điện qua một đơn vị diện tích tiết diện dây dẫn được gọi là

mật độ dòng điện, ký hiệu là  (đen ta), ta có:

I

S

(1-3)

 

Ở đây S là diện tích tiết diện dây dẫn. Đơn vị mật độ dòng điện là A/m²,

3

nhưng do đơn vị này qua nhỏ nên thực tế thường dùng đơn vị A/cm²hoặc

A/mm². Trong một đoạn dây dẫn cường độ dòng điện là như nhau tại mọi tiết

diện nên ở chỗ nào tiết diện dây dẫn nhỏ mật độ dòng điện sẽ lớn.

1.5. Điện trở vật dẫn:

Dòng điện là dòng điện tích chuyển động có hướng, vì vậy khi chuyển

động trong vật dẫn chúng sẽ bị va chạm vào các nguyên tử, phân tử làm chuyển

động của chúng chậm lại. Đó chính là bản chất của điện trở vật dẫn với dòng

điện.

+ Với vật dẫn có tiết diện nhỏ các điện tích trong quá trình dịch chuyển sẽ

bị va chạm càng nhiều nên điện trở vật dẫn tỷ lệ nghịch với tiết diện vật dẫn;

+ Với dây dẫn càng dài sự dịch chuyển của điện tích càng gặp cản trở nên

điện trở vật dẫn tỷ lệ với chiều dài dây dẫn;

+ Với vật dẫn có mật độ điện tử tự do càng lớn thì nó dẫn điện càng tốt vì

có càng nhiều điện tích tham gia vào qua trình dịch chuyển tạo nên dòng điện tức

là điện trở suất của vật dẫn  nhỏ, điện dẫn suất  lớn hay điện trở vật dẫn phụ

thuộc vào bản chất vật liệu làm nên vật dẫn

Tóm lại ta có: Điện trở của một vật dẫn tỷ lệ với chiều dài, tỷ lệ nghịch với

tiết diện và phụ thuộc vào vật liệu làm vật dẫn đó.

Ta có biểu thức:

l

S

hay

S

l

R  

(1-5)

(1-4)

  R

Trong đó:

R = điện trở vật dẫn, đơn vị đo là Ôm ().

l = chiều dài vật dẫn, đơn vị đo là mét (m).

S = tiết diện vật dẫn, đơn vị đo là m². Khi đó đơn vị của điện trở suất  là

m²







 

 m

m

Trong thực tế do tiết diện vật dẫn S thường tính theo mm²nên đơn vị của  là

mm²







 

 10^6m

m

* Sự phụ thuộc của điện trở vật dẫn vào nhiệt độ:

Khi nhiệt độ tăng, các phân tử và nguyên tử tăng cường mức độ chuyển

động nhiệt làm cho các điện tích bị va chạm nhiều hơn trong quá trình chuyển

4

động do đó tốc độ của chúng giảm đi hay điện trở của vật dẫn tăng lên theo

nhiệt độ.

Trong phạm vi từ 0  100⁰C, đa số các kim loại đều có độ tăng điện trở r

tỷ lệ với độ tăng nhiệt độ  =  - ₀.

Gọi r₀và r_là điện trở tương ứng với nhiệt độ ban đầu ₀và nhiệt độ đang xét ,

ta có:

r  r₀

r

r₀





   ( ₀)

r₀

Từ đó ta có:

r  r₀ r₀( ₀)  r₀



1



 ₀







Hệ số  được gọi là hệ số nhiệt điện trở của vật liệu, đo bằng độ tăng tương đối

của điện trở khi nhiệt độ biến thiên 1⁰C.

Đối với dung dịch điện phân khi nhiệt độ tăng lên làm tăng độ phân ly làm

cho mật độ các phần tử mang điện tăng lên, điện trở của chúng vì vậy lại giảm

đi.

1.6 Điều kiện duy trì dòng điện lâu dài:

Muốn các điện tích chuyển động có hướng để tạo thành dòng điện thì ta

phải duy trì điện trường trong vật dẫn. Như vậy điều kiện để duy trì dòng điện là

phải duy trì hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn.

2. CÁC PHẦN TỬ CỦA MẠCH ĐIỆN:

2.1. Định nghĩa mạch điện:

Mạch điện là tập hợp tất cả các thiết bị cho dòng điện chạy qua. Các thiết

bị lẻ nối với nhau cho dòng điện đi qua gọi là các phần tử của mạch điện.

Một mạch điện gồm các phần tử cơ bản là nguồn điện, vật tiêu thụ điện,

vật dẫn điện, và các phần tử khác là thiết bị đo lường, đóng cắt, bảo vệ,…

2.2. Các phần tử mạch điện:

* Nguồn điện:

Là thiết bị để biến đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện

như: - Biến cơ năng thành điện năng ở máy phát điện

- Biến nhiệt năng thành điện năng ở nhà máy thuỷ điện

- Biến hoá năng thành điện năng ở pin và ắc quy

- Biến quang năng thành điện năng như ở pin mặt trời …

5

Trên sơ đồ điện nguồn điện được biểu thị bằng một sức điện động (viết tắt

là s.đ.đ) ký hiệu là E, có chiều đi từ cực âm (-) về cực dương (+) nguồn và một

điện trở trong của nguồn ký hiệu là r₀.

* Dây dẫn:

Dùng để truyền tải năng lượng điện từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ, trên sơ

đồ được biểu thị bằng một điện trở dây ký hiệu là r_d.

* Thiết bị tiêu thụ điện:

Là thiết bị để biến năng lượng điện thành năng lượng khác như:

- Biến điện năng thành cơ năng như ở động cơ điện;

- Biến điện năng thành quang năng như ở bóng đèn;

- Biến điện năng thành nhiệt năng như ở các lò điện …

Trên sơ đồ chúng được biểu thị băng một điện trở, ký hiệu là R

* Các thiết bị khác: Gồm

- Thiết bị để đóng cắt như aptômát, cầu dao, máy cắt điện…

- Thiết bị để đo lường như Ampemét, Vôn mét, công tơ điện …

- Thiết bị để bảo vệ như cầu chì, aptômát, rơle nhiệt…

Ta có sơ đồ điện đơn giản như sau:

E

r_d

A

R

r₀

Hình 1.2

2.3. Kết cấu của mạch điện: Gồm có

- Nhánh: là phần đoạn mạch chỉ có một dòng điện duy nhất chạy qua.

- Nút: là điểm nối chung của ít nhất ba nhánh trở lên.

- Vòng: tập hợp các nhánh tạo thành vòng kín gọi là vòng.

Mạch điện không có điểm nút gọi là mạch điện không phân nhánh. Mạch

không phân nhánh cường độ dòng điện như nhau tại mọi phần tử của mạch điện

(hình 1.2). Mạch điện có điểm nút gọi là mạch điện phân nhánh (hình 1.3).

6

E

r_d

R₃

r₀

R₂

R₁

Hình 1.3

3. CÁCH GHÉP NGUỒN MỘT CHIỀU:

Các nguồn điện hoá học như pin hay ắc quy thường có điện áp thấp và khả

năng cung cấp dòng điện cũng nhỏ, một phần tử nguồn không đủ thoả mãn yêu

cầu của phụ tải, vì vậy ta thường phải ghép nhiều phần tử nguồn thành bộ nguồn.

Ở đây ta chỉ xét việc đấu các phần tử nguồn giống nhau (có cùng s.đ.đ và điện

trở trong) thành bộ.

3.1. Đấu nối tiếp các nguồn điện thành bộ:

* Cách đấu:

Ta đấu liên tiếp cực âm của phần tử nguồn thứ nhất với cực dương của

phần tử nguồn thứ hai, cực âm của phần tử nguồn thứ hai với cực dương của

phần tử nguồn thứ ba….Ta có bộ nguồn có cực dương trùng với cực dương phần

tử thứ nhất, cực âm trùng với cực âm phần tử nguồn cuối cùng (hình 1.4).

+

E, r₀

R

-

Hình 1.4

Gọi:

- s.đ.đ của mỗi phần tử nguồn là E_ft, của bộ nguồn là E

- điện trở trong của mỗi phần tử nguồn là r_ft, của bộ nguồn là r₀

Kết quả ta được:

- S.đ.đ của cả bộ nguồn là: E = n.E_ft

7

- Điện trở trong của cả bộ nguồn là r₀= n.r_ft

Trong đó n là số phần tử bộ nguồn mắc nối tiếp. Khi biết điện áp yêu cầu

của tải là U ta có thể xác định được n theo biểu thức:

U

n 

(1 - 6)

E_ft

- Dòng điện qua bộ nguồn cũng là dòng điện qua mỗi phần tử nên dung

lượng của bộ nguồn bằng dung lưọng của mỗi phần tử.

3.2. Đấu song song các nguồn điện thành bộ:

* Cách đấu:

Các cực dương của các phần tử nguồn đấu với nhau, các cực âm đấu với

nhau tạo thành cực dương và cực âm bộ nguồn (hình 1.5).

* Kết quả:

S.đ.đ của bộ nguồn cũng là s.đ.đ của mỗi phần tử:

E = E_ft

(1 - 7)

Điện trở trong của bộ nguồn là các điện trở trong của m phần tử đấu song

song

r₀= r_ft/ m

Dòng điện qua bộ nguồn bằng tổng dòng điện qua mỗi phần tử:

I = m.I_ft(1 - 9)

Khi biết dòng điện tải yêu cầu là I ta có thể tính được số phần tử nguồn

cần phải đấu song song là:

(1 - 8)

I

m 

(1-10)

I _ftcf

Trong đó I_ftcflà dòng điện lớn nhất cho phép qua mỗi phần tử.

Dung lượng của bộ nguồn bằng tổng dung lượng của các phần tử

+

R

E, r₀

-

Hình 1.5

8

3.3. Đấu hỗn hợp các nguồn điện:

* Cách đấu:

Ta đấu song song m nhóm phần tử nguồn với nhau, trong đó mỗi nhóm có

n phần tử nguồn đấu nối tiếp (hình 1.6). Như vậy ta được bộ nguồn có các tính

chất của cả cách đấu song song và nối tiếp như:

S.đ.đ của bộ nguồn:

Dòng điện của cả bộ nguồn là:

Điện trở trong của cả bộ nguồn là:

E = n.E_ft.

I = m.I_ft

(1 - 11)

(1 - 12)

nr_ft

m

n

(1 - 13)

r₀

 r_ft

m

+

R

E, r₀

-

Hình 1.6

* Ví dụ 1.1:

Xác định số ắc quy cần phải đấu thành bộ để cấp cho tải là đèn chiếu sáng

sự cố có công suất P = 2000W, điện áp U = 120V. Biết mỗi ắc quy có E_ft= 6V,

dòng điện cho phép lớn nhất là I_ftcf= 6A

Giải: Dòng điện định mức tải là:

P 2000

I 



 16,57A

U

120

Do cả điện áp và dòng điện tải yêu cầu đều lớn hơn dòng điện và s.đ.đ của 1

phần tử nguồn nên ta phải đấu hỗn hợp các phần tử nguồn thành bộ

Số phần tử đấu nối tiếp là:

U

120

6

n 



 20

E _ft

9

Ta lấy n = 20.

Số nhóm đấu song song là:

I

16,67

m 



 2,78

I _ftcf

6

Ta lấy m = 3.

Số phần tử ắc quy của cả bộ là: n.m = 20.3 = 60.

4. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN:

4.1. Định luật Ôm:

* Định luật Ôm cho nhánh thuần R:

Là định luật nói lên mối quan hệ giữa dòng điện qua đoạn mạch và điện áp

giữa hai đầu đoạn mạch đó.

Xét một đoạn vật dẫn chiều dài l, đặt điện áp U giữa hai đầu vật dẫn đó nó

sẽ tạo ra điện trường với cường độ là:

U

 

l

Dưới tác dụng của điện trường này các điện tích sẽ chuyển động có hướng

tạo thành dòng điện.

Điện trường càng mạnh thì mật độ dòng điện càng lớn, ta có quan hệ:

   

trong đó  là mật độ dòng điện,  = I/s với s là tiết diện của vật dẫn.  là

điện dẫn suất phụ thuộc vào bản chất vật dẫn. Thay biểu thức của  vào ta có:

Từ đó ta có quan hệ:

I

U

  

S

l

S

I   U  g U

l

Trong đó g là điện dẫn của đoạn mạch.

Ta có:

1

1 l

R   

 S

g

10

U

R

I 

(1 - 14)

Biểu thức (1 - 14) chính là tinh thần của định luật Ôm cho một đoạn mạch.

Định luật được phát biểu như sau: Dòng điện đi qua một đoạn mạch tỷ lệ với

điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó.

* Định luật Ôm cho nhánh có s.đ.đ E và điện trở R:

U₁

R₁

U₂

E₁

U₃

R₂

U₄

E₂

I

U

Hình 1.7

Xét nhánh có E, R (hình 1.7)

Biểu thức tính điện áp U:

U = U₁+ U₂+ U₃+ U₄

= R₁.I – E₁+ R₂.I + E₂

= (R₁+ R₂).I – (E₁+ E₂)

Vậy: U = (∑R).I - ∑E

Ta có biểu thức tính dòng điện:

U 

E



I 

(1 – 15)

R



Trong biểu thức (1 – 15) được qui ước dấu như sau:

S.đ.đ E và điện áp U có chiều trùng với chiều dòng điện sẽ lấy dấu dương,

ngược lại sẽ lấy dấu âm.

* Định luật Ôm cho toàn mạch:

Giả sử có một mạch điện kín không phân nhánh gồm:

- Nguồn điện có s.đ.đ E

- Điện trở trong r₀

- Điện trở dây r_d

- Điện trở tải R (Hình 1 - 8)

11

r_d

I

U_d

E

U

R

r₀

U₀

Hình 1.8

Dòng điện chạy trong mạch là I. Theo định luật Ôm cho đoạn mạch dòng

điện này gây ra các sụt áp là:

- Sụt áp trên điện trở trong của nguồn là: U₀= Ir₀

- Sụt áp trên điện trở dây dẫn: U_d= Ir_d

- Sụt áp trên tải là: U = IR

Để duy trì dòng điện trong mạch thì s.đ.đ nguồn phải cân bằng với các sụt

áp, ta có:

E = U₀+ U_d+ U = I (r₀+ r_d+ R) = Ir_

Hay:

E

(1 - 16)

I 



r₀ r_d r r_

Biểu thức (1 - 16) chính là tinh thần định luật Ôm trong toàn mạch. Định luật

được phát biểu như sau: Trong một mạch kín dòng điện tỷ lệ với s.đ.đ nguồn và

tỷ lệ nghịch với điện trở của toàn mạch.

4.2. Định luật Kiếchốp:

* Định luật Kiếchốp I:

I₁

I₅

I₂

A

I₄

I₃

Hình 1.9

12

Ta xét một nút bất kỳ của một mạch điện, có một số dòng điện đi tới nút

và một số dòng điện đi khỏi nút (Hình 1.9)

Trong một đơn vị thời gian, lượng điện tích đi tới nút phải bằng lượng

điện tích đi khỏi nút, vì nếu điều kiện trên không thoả mãn thì điện tích nút A sẽ

tăng hay giảm làm cho điện thế điểm A thay đổi pha vỡ trạng thái cân bằng của

mạch. Vì vậy tổng dòng điện đi tới nút phải bằng tổng dòng điện đi khỏi nút, tức

là:

I₁+ I₃+ I₄= I₂+ I₅

Nếu ta quy ước dòng điện đi tới nút mang dấu âm, dòng điện đi khỏi nút

mang dấu dương thì biểu thức trên có thể được viết lại là:

I₁+ I₃+ I₄- I₂- I₅= 0

Ta có định luật Kiếchốp I phát biểu như sau: Tổng đại số các dòng điện đi

đến một nút bằng không.

* Định luật Kiếchốp II:

Xét một mạch điện kín như hình (1 – 10). Giả sử chiều dòng điện và sức

(1 - 17)

điện động trên các nhánh có chiều như hình vẽ, ta có điện áp giữa các nút theo

một chiều nhất định sẽ là:

- Nhánh AB ta có điện áp giữa hai điểm A và B là: Vì dòng điện I₁chạy

ngược chiều với E₁nên sụt áp do nó gây ra trên R₁cùng chiều với E₁nên

U_AB= _A- _B= E₁+ I₁R₁

- Lý luận tương tự ta có các phương trình trên các nhánh:

U_BC= _B- _C= E₂– I₂R₂

U_CD= _C- _D= – I₃R₃

U_DA= _D- _A= - E₄– I₄R₄

R₁

E₁

+

-

A

B

+ I₁

E₄

R₂

-

I₄

I₂

+

E₂

-

R₄

D

I₃

C

R₃

Hình 1.10

13

Cộng các phương trình trên vế với vế ta có:

0 = E₁+ I₁R₁+ E₂– I₂R₂– I₃R₃- E₄– I₄R₄

Chuyển các s.đ.đ sang một vế ta được:

E₄– E₁– E₂= I₁R₁– I₂R₂– I₃R₃– I₄R₄

Ta thấy các s.đ.đ và sụt áp cùng chiều với chiều dương đã chọn thì trong biểu

thức chúng mang dấu dương, ngược chiều với chiều dương thì mang dấu âm.

Như vậy khi ta chọn chiều dương cho vòng, các s.đ.đ và các sụt áp cùng

chiều dương thì mang dấu dương, ngược chiều thì mang dấu âm, ta có định luật

kiếchốp II phát biểu như sau: Đi theo một vòng kín, tổng đại số các s.đ.đ bằng

tổng đại số các sụt áp trên các phần tử của vòng:

E = (Ir)

(1 - 18)

* Ví dụ 1.2:

A

I₁

I₂

I₃

E₂

E₁

V1

V2

R₁

R₂

R₃

B

Hình 1.11

Cho mạch điện như hình 1.11. Tìm dòng điện trong các nhánh biết:

E₁= 120V; E₂= 119V; R₁= 5 ; R₂= 3 ; R = 22 ;

Giải:

Theo định luật Kiếchôp I tại nút A ta có:

I₁+ I₂– I₃= 0

Quy ước chiều dương cho vòng 1 và 2 như hình vẽ, theo định luật Kiếchốp II ta

có các phương trình sau:

E₁– E₂= I₁R₁– I₂R₂

E₂= I₂R₂+ I₃R₃

Thay số vào ta có:

I₁+ I₂– I₃= 0

5I₁– 3I₂= 120 – 119

(a)

(b)

14

3I₂+ 22I₃= 119

(c)

Từ phương trình (b) ta có:

1 3I₂

5I₁ 3I₂ 1 I₁

5

Từ phương trình (c) ta có:

119  3I₂

I₃

22

Thay các giá trị trên vào phương trình (a) ta được:

1 3I₂

119  3I₂

 I₂

5

22

5. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN:

5.1. Công của dòng điện:

- Công của nguồn điện:

Xét một mạch điện kín như hình 1.12

I

A

+

r₀

E

F

R

-

B

Hình 1.12

Dưới tác dụng của nguồn điện có s.đ.đ là E, điện trở trong là r₀, các điện

tích sẽ liên tục chuyển động qua mạch ngoài và qua nguồn tạo thành dòng điện

chảy trong mạch. Công của nguồn điện để dịch chuyển một lượng điện tích q qua

nguồn là:

A_f= E.q

Gọi cường độ dòng điện chảy trong mạch là I, ta có: q = I.t

Trong đó t là thời gian dòng điện chảy qua mạch. Thay vào ta được:

A_f= E.I.t

15

Theo định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng thì công của nguồn sẽ biến đổi

thành các dạng năng lượng khác trên các phần tử của mạch mà cụ thể ở đây là

điện trở tải R và điện trở trong của nguồn r₀.

- Công của dòng điện:

Gọi điện áp trên tải là U_AB= _A- _B. Năng lượng do điện tích q thực hiện

khi đi qua đoạn mạch AB sẽ là:

A = U.q = U.I.t

Phần năng lượng còn lại sẽ tiêu tán trên điện trở trong của nguồn dưới

dạng nhiệt sẽ là:

A₀= A_f– A = (E – U )It

Điện áp rơi trên điện trở trong của nguồn là:

U₀= E – U

Từ đó ta có:

E = U + U₀

Nghĩa là s.đ.đ của nguồn bằng tổng điện áp trên 2 cực của nguồn với điện

áp rơi trên điện trở trong của nguồn. Khi hở mạch, dòng điện bằng không ta có

điện áp trên hai cực của nguồn bằng s.đ.đ nguồn.

5.2. Công suất của dòng điện:

Công suất là công thực hiện trong một đơn vị thời gian, do đó ta có:

Công suất của nguồn:

A_f

t

EIt

t

P_f



 EI

Công suất của tải:

A UIt

P 



 UI

t

Công suất tổn hao trong nguồn:

A₀U₀It

P 



 U₀I

0

t

Ta có phương trình cân bằng công suất:

P_f= P + P₀

Đơn vị đo của E và U là Vôn, của I là Ampe, của t là giây thì đơn vị đo của công

là Jun, ký hiệu là J, đơn vị đo của công suất là Oát, ký hiệu là W, ta có:

16

1J

1W 

 1V 1A  1VA

1sec

1J  1W 1sec  1V 1A1S  1V C

Bội số của Oát là:

1 hecto - Oat (hW) = 10²W.

1 kilô - Oát (kW) = 10³W.

1 mêga-oát (MW) = 10⁶W.

Ước số của Oát là: 1 mili - Oát (mW) = 10^-3W

Trong thực tế thường dùng đơn vị đo của công của dòng điện là Oát - giờ (Wh),

héctô - Oát giờ (hWh), kilô - Oát giờ (kWh) và mêga - Oát giờ (MWh), ta có:

J

1Wh  1 3600s  3600J

s

1hWh  100Wh  360000J  360kJ

1kWh  1000Wh  3600000J  3,6MJ

ở đây 1kJ ( kilô - Jun ) = 10³J; 1MJ ( mêga - Jun ) = 10⁶J

* Ví dụ 1.3:

Một mạch điện có điện áp U = 220V cung cấp cho tải có điện trở R = 25

trong thời gian 3h. Tính công suất của tải, điện năng tiêu thụ và tiền điện phải trả

biết giá tiền điện là 2500đ/kWh.

Giải:

Theo định luật Ôm trên một đoạn mạch ta có cường độ dòng điện chạy qua tải là:

U

R

220

25

I 



 8,8A

Công suất của tải là:

Điện năng tiêu thụ:

Tiền điện phải trả là:

P = U.I = 220. 8,8 = 1936W

A = P.t = 1936.3 = 5 808Wh = 5,808kWh

5,808 x 2500 = 14 520đ

6. PHƯƠNG PHÁP DÒNG ĐIỆN NHÁNH:

Là phương pháp dùng hai định luật Kiếchốp để viết các phương trình điểm

nút và mạch vòng với các ẩn số là dòng điện trong các nhánh. Để giải mạch điện

theo phương pháp dòng điện nhánh ta tiến hành theo các bước sau:

17

BƯỚC 1:

Quy ước chiều dòng điện trong các nhánh một cách tuỳ ý, mỗi dòng nhánh

là một ẩn số. Việc chọn chiều là tuỳ ý, nếu kết quả ra số âm thì chiều dòng điện

thực tế sẽ ngược với chiều quy ước.

BƯỚC 2:

Thành lập hệ phương trình dòng nhánh:

- Viết phương trình cho các nút theo định luật Kiếchốp I. Nếu mạch có n

nút thì ta có thể viết được (n-1) phương trình điểm nút độc lập với nhau. Nếu ta

viết tiếp phương trình thứ n thì nó được suy ra từ các phương trình trên nên

không có ý nghĩa.

- Viết phương trình cho các vòng độc lập theo định luật Kiếchốp II. Nếu

mạch có N nhánh thì số phương trình cần phải viết tiếp là: N – (n-1):

+ Chọn chiều dương cho các vòng độc lập (gọi là các mắt của mạch điện)

+ Viết phương trình theo định luật Kiếchốp II, các s.đ.đ và sụt áp nào cùng

chiều với chiều dương vòng thì mang dấu dương, ngược chiều với chiều dương

thì mang dấu âm.

BƯỚC 3:

- Giải hệ n phương trình bậc nhất trên ta tìm được các dòng điện trong các

nhánh.

- Nếu kết quả là số âm thì chiều dòng thực tế của nhánh đó ngược với

chiều quy ước.

Phương pháp này có thể giải được các mạch điện phức tạp nhiều nguồn

nhưng nếu mạch có nhiều nhánh thì hệ sẽ nhiều phương trình và việc giải hệ sẽ

mất nhiều thời gian.

* Ví dụ 1.4:

Cho mạch điện như hình 1.12:

A

I₁

E₂

R₂

I₃

I₂

E₁

V1

V2

R₃

R₁

B

Hình 1.12

18

Biết E₁= 125V; E₂= 90V; R₁= 3; R₂= 2; R₃= 4;

Tìm dòng điện trong các nhánh và điện áp đặt vào R₃

Giải:

Chọn chiều dòng điện trong các nhánh như hình vẽ. Mạch có 2 nút nên ta viết

được một phương trình điểm nút theo định luật Kiếchốp I, ví dụ viết cho nút A

ta có:

I₂– I₁– I₃= 0

(a)

Chọn 2 vòng độc lập để viết phương trình theo định luật Kiếchốp II, quy ước

chiều dương vòng như hình vẽ ta có:

Phương trình vòng 1:

E₁= I₃R₃– I₁R₁(b)

Phương trình vòng 2:

- E₂= - I₃R₃– I₂R₂

Ta có hệ ba phương trình bậc nhất ba ẩn

(c)

Từ (b) ta có:

I₃R₃ E₁

I₁

R₁

Từ (c) ta có:

E₂ I₃R₃

I₂

R₂

Thay vào (a) ta được:

Thay số vào ta được:

E₂ I₃R₃I₃R₃ E₁



 I₃ 0

R₂

R₁

90  4I₃4I₃125



 I₃ 0

2

3

Từ đó ta có:

Giáo trình nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cơ sở kỹ thuật điện