CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA dành cho TRUNG CẤP NGHỀ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN VÀ NN NAM BỘ

KHOA ĐIỆN

BAØI GIAÛNG

CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT ÑIEÄN

Hệ: Trung cấp nghề

Nghề: Kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí

Biên soạn: Hoàng Thanh Dần

Cần Thơ – Năm 2010

Baøi giaûng: Cô sôû kyõ thuaät ñieän Chöông 1:Caùc khaùi nieäm cô baûn

http://www.ebook.edu.vn 1

Chương 1:

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ DÒNG ĐIỆN VÀ MẠCH ĐIỆN

1.1. MẠCH ĐIỆN VÀ KẾT CẤU HÌNH HỌC CỦA MẠCH ĐIỆN

1.1.1. Khái niệm về mạch điện

Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện để dòng điện chạy qua. Mạch điện gồm 3

phần tử cơ bản: Nguồn điện, vật tiêu thụ điện, dây dẫn điện. Ngoài ra, còn có các thiết bị

phụ trợ khác: thiết bị đóng cắt, thiết bị đo lường, thiết bị bảo vệ,…

a) Nguồn điện

Nguồn điện là các thiết bị biến đổi các dạng năng lượng khác thành năng lượng điện

như:

+ Nguồn điện hóa học (pin, ắc quy): biến hoá năng thành điện năng.

+ Máy phát điện: biến cơ năng thành điện năng.

b) Vật tiêu thụ điện

Vật tiêu thụ điện (phụ tải) là các thiết bị dùng để biến đổi điện năng thành các dạng

năng lượng khác như: cơ năng (động cơ điện ), nhiệt năng (bàn ủi điện, bếp điện,...),

quang năng (đèn điện),...

c) Dây dẫn

Dây dẫn dùng để dẫn dòng điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ. Vật liệu thường được sử

dụng làm dây dẫn là đồng và nhôm.

d) Các thiết bị phụ trợ

+ Thiết bị đóng cắt và điều khiển mạch điện: công tắc, cầu dao, máy cắt,…

+ Thiết bị đo lường: Ampe kế, Vôn kế,…

+ Thiết bị bảo vệ: Cầu chì, áp tô mát, rơle...

1.1.2. Kết cấu hình học của mạch điện

- Nhánh: gồm các thiết bị nối tiếp nhau có cùng dòng điện chạy qua.

- Vòng: là nối đi khép kín qua các nhánh.

- Nút: là chỗ gặp nhau ít nhất của 3 nhánh trở lên.

1.2. DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP

1.2.1. Định nghĩa dòng điện

Trong vật dẫn ở trạng thái bình thường có rất nhiều các điện tích tự do. Khi nối vật

dẫn với một nguồn điện, dưới tác dụng của lực điện trường do nguồn điện tạo ra trong vật

dẫn, các điện tích dương sẽ di chuyển cùng chiều điện trường và các điện tích âm sẽ di

chuyển ngược chiều điện trường tạo thành dòng điện.

Baøi giaûng: Cô sôû kyõ thuaät ñieän Chöông 1:Caùc khaùi nieäm cô baûn

http://www.ebook.edu.vn 2

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

lực điện trường.

Quy ước: chiều dòng điện là chiều di chuyển của các điện tích dương (ngược với

chiều chuyển động của các điện tích âm).

Dòng điện có chiều và trị số không thay đổi theo thời gian gọi là dòng điện không

đổi hay dòng điện một chiều.

Dòng điện có chiều và trị số thay đổi theo thời gian gọi là dòng điện biến đổi

1.2.2. Bản chất của dòng điện trong các môi trường

a) Dòng điện trong kim loại và hợp kim

Ở trạng thái bình thường kim loại và hợp kim có chứa rất nhiều các điện tử

(electron) tự do, khi đặt vào trong điện trường, dưới tác dụng của lực điện trường, các

điện tử tự do chuyển dời có hướng (ngược chiều điện trường) tạo thành dòng điện.

Chiều di chuyển của các điện tử ngược với chiều dòng điện theo quy ước.

b) Dòng điện trong dung dịch điện phân

Dung dịch điện phân phân li thành các ion dương và âm, khi đặt vào trong điện

trường, các ion dương chuyển động cùng chiều điện trường còn các iom âm chuyển động

ngược chiều điện trường tạo thành dòng điện.

Chiều dòng điện theo quy ước là chiều di chuyển của các ion dương.

c) Dòng điện trong chất khí

Chất khí khi bị ion hóa tạo thành các ion dương, ion âm và các electron tự do, khi

đặt vào trong điện trường, các ion dương chuyển động cùng chiều điện trường còn các

iom âm và các điện tử chuyển động ngược chiều điện trường tạo thành dòng điện.

Chiều dòng điện là theo quy ước là chiều di chuyển của các ion dương

1.2.3. Cường độ dòng điện

Đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện gọi là cường độ dòng điện.

Cường độ dòng điện là lượng điện tích qua tiết diện thẳng dây dẫn trong một đơn vị thời

gian (1s), ký hiệu là I; đơn vị là Ampe (A).

Với dòng điện không đổi:

t

Q I =

Trong đó: Q là điện tích qua tiết diện thẳng dây dẫn (C); t là thời gian (s); I là

cường độ dòng điện đo bằng Ampe (A);

s

C A

1

1 1 =

Ampe là cường độ của một dòng điện mà cứ sau mỗi giây có một culông qua tiết

điện của dây dẫn.

Bội số của Ampe: 1kA=1000A=103

A.

Ước số của Ampe: 1mA=1/1000A=10-3A; 1μA=10-6A.

Baøi giaûng: Cô sôû kyõ thuaät ñieän Chöông 1:Caùc khaùi nieäm cô baûn

http://www.ebook.edu.vn 3

1.2.4. Mật độ dòng điện

Cường độ dòng điện qua một đơn vị diện tích tiết diện thẳng của dây dẫn gọi là mật

độ dòng điện:

S

I δ =

Trong đó: I là cường đòng điện (A); S là diện tích tiết diện dây (mm2

); δ làmật độ

dòng điện (A/mm2

).

1.2.5. Điện áp

Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế. Hiệu số điện thế giữa hai điểm trong

mạch gọi là điện áp, kí hiệu là u: uAB = ϕA - ϕB

Đơn vị điện áp là vôn (V).

Bội số của vôn: 1kV = 1000V = 103

V;

Ước số của vôn: 1mV = 1/1000V = 10-3V, 1μV=1/1000.000V =10-6V.

1.3. MÔ HÌNH MẠCH ĐIỆN

1.3.1. Định nghĩa

Mạch điện gồm nhiều thiết bị điện. Khi làm việc, nhiều hiện tượng điện từ xảy ra

trong các thiết bị và mạch điện. Khi tính toán người ta thay thế mạch điện thực bằng mô

hình mạch điện (còn gọi là sơ đồ thay thế mạch điện), trong đó kết cấu hình học và quá

trình năng lượng giống như ở mạch điện thực. Mô hình mạch gồm các thông số sau:

nguồn điện, điện trở, điện cảm và điện dung.

1.3.2. Các thông số đặc trưng cho mạch điện

a) Điện trở:

Khi dòng điện đi qua điện trở, dòng điện tỏa nhiệt làm nóng điện trở (bàn ủi, mỏ

hàn, đèn sợi đốt…). Như vậy, điện trở đặc trưng cho phần tử tiêu tán, biến đổi điện năng

thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng…

- Công thức tính điện trở của vật dẫn: S

l R = ρ

Trong đó: ρ - điện trở suất, Ωmm

2

/m; l – chiều dài vật dẫn, m; S – tiết diện vật

dẫn, mm

2

; R – điện trở, đơn vị đo là Ôm (Ω).

Bội số của ôm: 1kΩ = 103

Ω, 1MΩ = 103 kΩ = 106

Ω.

b) Điện dung - Tụ điện:

Tụ điện là hệ thống gồm hai vật dẫn đặt đối ứng, ở giữa là chất điện môi (chất

cách điện). Khi đặt một điện áp uC vào tụ điện, trên các bản cực tụ điện tích lũy điện tích

q. Tỉ số giữa điện tích trên bản cực và điện áp giữa hai cực của tụ điện gọi là điện dung tụ

điện, kí hiệu là C:

Baøi giaûng: Cô sôû kyõ thuaät ñieän Chöông 1:Caùc khaùi nieäm cô baûn

http://www.ebook.edu.vn 4

C u

q C =

Đơn vị của điện dung là fara (F). Thực tế, thường sử dụng ước số của fara: 1mF =

10-3F, 1μF = 10-6F, 1nF = 10-9F, 1pF = 10-12F.

Năng lượng điện trường của tụ điện: WE = ½ 2 Cu C

Như vậy, điện dung (C) là phần tử lý tưởng đặc trưng cho quá trình tích lũy, trao

đổi năng lượng dưới dạng điện trường trong mạch điện.

- Công thức tính điện dung của tụ phẳng:

3,6 π .

ε .

d

S C = (pF)

ε - hằng số điện môi;

S- Diện tích hiệu dụng của một má tụ (cm2

);

d - Khoảng cách giữa hai má tụ (cm);

C – Điện dung (pF).

c) Điện cảm:

Dòng điện i chạy qua cuộn dây sinh ra từ thông móc vòng qua cuộn dây: ψ = WΦ.

(W là số vòng của cuộn dây, Φ là từ thông). Tỉ số giữa từ thông móc vòng và dòng điện

qua cuộn dây gọi là điện cảm của cuộn dây, kí hiệu là L, đơn vị là henry (H):

i

W

i

ψ L Φ = =

Ước số của henry: 1mH = 10-3 H.

Năng lượng từ trường của cuộn cảm: WM = ½ Li2

Như vậy, Điện cảm (L) là phần tử lý tưởng đặc trưng cho quá trình tích lũy, trao

đổi năng lượng dưới dạng từ trường trong mạch điện.

d) Nguồn điện:

- Nguồn điện áp u(t) là phần tử lí tưởng đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì

một điện áp trên hai cực của nguồn (không phụ thuộc vào nội trở của nguồn). Nguồn điện

áp được biểu diễn bằng một sức điện động e(t). Chiều e(t) được quy định từ điểm có điện

thế thấp đến điểm có điện thế cao. Chiều của điện áp được quy định từ điểm có điện thế

cao đến điểm có điện thế thấp.

- Nguồn điện dòng I(t là phần tử lí tưởng đặc trưng cho khả năng của nguồn tạo

nên và duy trì dòng điện cung cấp cho mạch ngoài (không phụ thuộc vào điện áp của

nguồn).

1.3.3. Biến đổi tương đương nguồn điện

a) Biến đổi tương đương sang nguồn áp:

Mỗi nguồn điện thực tế được thay thế tương bởi hai phần tử :