Mạch điện và kết cấu hình học của mạch

Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-1. Mạch điện và kết cấu hình học của mạch Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1. Định nghĩa mạch điện Mạch là một mô hình diễn tả sự phân bố khoanh vùng của các quá trình năng lượng (và tín hiệu) điện từ trong một thiết bị điện, nó được ghép bởi một số hữu hạn các vật dẫn trong đó các quá trình chuyển hoá, tích luỹ, truyền đạt, năng lượng (và tín hiệu) điện từ được đặc trưng bởi các điện áp u(t) và dòng điện i(t) phân bố theo thời gian t. Từ đó ta định nghĩa mạch điện theo quan điểm năng lượng: Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 2. Kết cấu hình học của mạch + Nhánh: Mô hình mạch có kết cấu hình khung, vì vậy về mặt hình học nó gồm các yếu tố là: nhánh, nút, vòng, cây và bù cây. Trong đó; nhánh, nút và vòng là 3 yếu tố hình học cơ bản của mạch: Là một đoạn mạch gồm những phần tử ghép nối tiếp nhau, trong đó có cùng một dòng điện chạy, không biến thiên theo toạ độ không gian dọc theo nhánh và chỉ biến thiên theo thời gian t (trên hình 1.1 là: nhánh 1,2,3,4). Ký hiệu số nhánh của mạch điện bằng chữ m=4. Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 2. Kết cấu hình học của mạch + Nút: Là điểm gặp nhau của từ ba nhánh trở lên (trên hình 1.1 là các nút A và B). Số nút thường ký hiệu bằng chữ n. + Mạch vòng: Là lối đi khép kín qua các nhánh trên hình 1.1 là: các vòng a,b,c,d . . .). Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN + Cây: là một phần của mạch gồm các nhánh (gọi là cành) nối đủ các nút theo một kết cấu hở không có vòng nào Số lượng cành trong cây là n-1 (trên hình 12a,b,c thể hiện là các nét liền) . 2. Kết cấu hình học của mạch + Bù cây: phần mạch còn lại bù với cây để tạo thành mạch hoàn chỉnh gọi là bù cây. Số lượng bù cây là m –n+1 (trên hình 12a,b,c thể hiện là các nét đứt) . . Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN § 1-2. Các thông số trạng thái và các quá trình năng lượng trong nhánh Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1. Dòng điện i(t) Xét sơ đồ mạch hình 1.3: Là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích tự do, chiều của dòng điện là chiều chuyển động của các điện tích dương. Trong mạch điện, chiều dương của dòng điện được chọn tuỳ ý, ví dụ nhánh ab trên hình 1.3, nếu ta qui ước dòng chạy từ a đến b là dương (iab > 0) thì dòng chảy từ b đến a sẽ âm (iba 0 thì uba = b - a 0 ta nói rằng nhánh ấy thu năng lượng, khi p UC) Từ đồ thị ta có:  quan hệ về độ lớn (hiệu dụng) giữa điện áp và dòng điện: 1. Quan hệ dòng điện, điện áp trong nhánh Chương 2 Mạch điện có dòng hình sin - Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện: Vậy điện áp trên nhánh r- L – C nối tiếp có độ lớn gấp z lần dòng điện trong nhánh, lệch pha với dòng điện trong nhánh một góc , hay cặp số (z ;) đặc trưng cho phản ứng của nhánh r- L – C nối tiếp về độ lớn và góc pha. 1. Quan hệ dòng điện, điện áp trong nhánh Chương 2 Mạch điện có dòng hình sin Từ công thức của : - Khi xL > xC  >0 điện áp vượt trước dòng điện - mạch có tính chất điện cảm - Khi xL 0  > 0 mạch mang tính chất cảm: Q > 0. - sin < 0  < 0 mạch mang tính chất dung: Q < 0. c, Công suất toàn phần (biểu kiến) S Trong kỹ thuật dòng xoay chiều còn dùng một khái niệm nữa là công suất công suất toàn phần (biểu kiến), định nghĩa là tích UI: S = UI Đơn vị S quy định là VA. 1. Các loại công suất Chương 2 Mạch điện có dòng hình sin d, Quan hệ giữa các loại công suất P, Q, S Và ta có thể biểu diễn 4 lượng P, Q, S và  bằng một tam giác vuông, có cạnh huyền là S, hai cạnh góc vuông là P và Q, góc hợp bởi cạnh huyền S với cạnh góc vuông P là , gọi là tam giác công suất. Tam giác công suất đồng dạng với tam giác tổng trở. 2. Hệ số công suất Chương 2 Mạch điện có dòng hình sin + ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cos : Một nhánh có các thông số r, L, C xác định thì hệ số công suất cos cũng xác định. Cos là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng về mặt năng lượng của nhánh hay của một tải. Hệ số công suất càng cao thì sự mất mát năng lượng và sụt áp trên đường dây ít, hiệu suất truyền tải của đường dây cao hơn, nguồn phát được sở dụng triệt để hơn. + Biện pháp nâng cao hệ số công suất cos: Biện pháp đơn giản nhất là mắc song song với các tải (thường có tính chất điện cảm) những tụ điện chuyên dùng để nâng cao hệ số công suất cos (còn gọi là bù tụ điện tĩnh), hình 2-19a. 2. Hệ số công suất Chương 2 Mạch điện có dòng hình sin Biện pháp đơn giản nhất là mắc song song với các tải (thường có tính chất điện cảm) những tụ điện chuyên dùng để nâng cao hệ số công suất cos (còn gọi là bù tụ điện tĩnh), hình 2-19a. 2. Hệ số công suất Chương 2 Mạch điện có dòng hình sin - Tính trị số điện dung để nâng cao hệ số công suất từ cos t lên cos b mong muốn: