Giáo trình Cơ sở lý thuyết mạch điện - Phần tử cơ bản của mạch điện - Nguyễn Công Phương

Nguyễn Công Phương
Phần tử cơ bản của mạch điện 
Cơ sở lý thuyết mạch điện
Nội dung
• Thông số mạch
• Phần tử mạch
– Nguồn áp
– Nguồn dòng
ồ– Ngu n phụ thuộc
– Điện trở
– Cuộn dây
T– ụ
• Mạch một chiều
• Mạch xoay chiều
• Mạng hai cửa
• Mạch ba pha
• Quá trình quá độ
Phần tử cơ bản của mạch điện 2
ầPh n tử cơ bản của mạch điện
• Có 2 lớp chính: chủ động & thụ động
• Chủ động: có khả năng tự phát ra năng lượng điện (về lý thuyết là 
vô tận)
ể• Thụ động: không th tự phát ra năng lượng điện
• Chủ động:
Nguồn: thiết bị có thể chuyển hoá năng lượng phi điện thành năng lượng– 
điện & ngược lại
– Nguồn áp & nguồn dòng
h độ• T ụ ng:
– Điện trở
– Cuộn dây
Phần tử cơ bản của mạch điện 3
– Tụ
ồNgu n áp (1)
• (lý tưởng) Là một phần tử mạch có khả năng duy trì một 
điện áp danh định trên 2 cực của đầu ra, điện áp này 
không phụ thuộc vào dòng điện chảy giữa 2 cực đó
Nói á h khá điệ á khô h th ộ à tải• c c c, n p ng p ụ u c v o 
• Điện áp có thể không đổi (một chiều) hoặc biến thiên 
(thường là xoay chiều) 
• Điện trở trong bằng không (0)
• Ví dụ: ắcquy pin máy phát điện
Phần tử cơ bản của mạch điện 4
 , , 
ồNgu n áp (2)
u
• Chiều của mũi tên ở phía trong vòng tròn biểu diễn chiều 
đităng của ện áp
Phần tử cơ bản của mạch điện 5
ồNgu n dòng
• (lý tưởng) Là một phần tử mạch có khả năng duy trì một 
dòng điện danh định chảy giữa 2 cực của đầu ra, dòng 
điện này không phụ thuộc vào điện trên 2 cực đó
• Nói cách khác, dòng điện không phụ thuộc vào tải
• Dòng điện có thể không đổi (một chiều) hoặc biến thiên 
(thường là xoay chiều)
• Điện trở trong vô cùng lớn
Phần tử cơ bản của mạch điện 6
ồNgu n phụ thuộc
ồ
Nguồn áp phụ thuộc Nguồn dòng phụ thuộc
• Ngu n áp phụ thuộc áp: e = feu(u)
• Nguồn áp phụ thuộc dòng: e = fei(i)
ồ• Ngu n dòng phụ thuộc áp: j = fju(u)
• Nguồn dòng phụ thuộc dòng: j = fji(i)
Phần tử cơ bản của mạch điện 7
Điện trở (1)
• Đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện
• Đơn vị: ohm (Ω)
• Ký hiệu R hoặc r S
lR 
• Ví dụ: dây tóc bóng đèn
• Điện dẫn:
– Nghịch đảo của điện trở
– Đơn vị: siemens (S) hoặc mho
Ký hiệu G hoặc g
(Ω)
Phần tử cơ bản của mạch điện 8
– 
Điện trở (2)
Phần tử cơ bản của mạch điện 9
Điện trở (3)
i R
u
Riu 
u
R
i 
uu 22RiRiiuip  RRuuip 
Phần tử cơ bản của mạch điện 10
Công suất của điện trở luôn dương
Điện trở (4)
Ngắn mạch: R = 0 Hở mạch: R = ∞
0lim   R
ui
R0 Riu
u = 0 R = 0
i
u R = ∞
i = 0
Phần tử cơ bản của mạch điện 11
Cuộn dây (1)
• Dây dẫn quấn xung quanh lõi 
• Liên quan đến từ trường 
• Từ trường biến thiên sinh ra điện áp
Thô ố đặ t điệ ả L đ bằ h (H)• ng s c rưng: n c m , o ng enry 
• H = Vs/A
iệ ả đ h í h hấ hố l i h đổi• Đ n c m: ặc trưng c o t n c t c ng ạ sự t ay 
của dòng điện chảy qua cuộn dây
Phần tử cơ bản của mạch điện 12
Cuộn dây (2)
Phần tử cơ bản của mạch điện 13
Cuộn dây (3)
i
L
u
dt
diLu 
udtdi 1  t dttui )(1 )()(1 0tidttut  L L 0L t
0
)( 0 ttiti 
Phần tử cơ bản của mạch điện 14
0)( i
Cuộn dây (4)
i
L
u
i
dt
diLuip 


  
tt
idt
dt
diLpdtw
)(
2
1)(
2
1 22    LitLiidiL t 2
2
1 Liw 
Phần tử cơ bản của mạch điện 15
0)( i
Cuộn dây (5)
i
L
u
0 udt
diLu 
0 dIdi

Mạch DC: i = I = const
Trong mạch DC, cuộn dây tương đương với ngắn mạch
Phần tử cơ bản của mạch điện 16
Cuộn dây (6)
i
L
u
 udt
diLu 
0dtNếu (vô lý)
Dòng điện trong cuộn cảm không thể biến thiên đột ngột
Phần tử cơ bản của mạch điện 17
Cuộn dây (7)
• Cuộn dây lý tưởng có điện trở bằng không 
• Thực tế cuộn dây có một điện trở Rw nhỏ
• Có thể mô hình hoá bằng một cuộn dây lý tưởng nối tiếp 
với Rw
RwL
• Chỉ đề cập đến cuộn dây lý tưởng 
Phần tử cơ bản của mạch điện 18
Tụ (1)
• Gồm có 2 tấm dẫn điện (bản cực) phân tách bằng một 
lớp cách điện (điện môi)
• Liên quan đến điện trường
ế• Điện tích bi n thiên sinh ra dòng điện giữa hai bản cực
• Thông số đặc trưng: điện dung C, đo bằng farad (F)
• F = C/V
• C là hệ số liên hệ giữa điện tích trên một bản cực & 
hiệu điện thế giữa 2 bản cực
Phần tử cơ bản của mạch điện 19
Tụ (2)
Phần tử cơ bản của mạch điện 20
Tụ (3)
Ci
u
dt
dqi  duCi 
Cuq  dt
11 tt )( 0
0
tuidt
C
idt
C
u
t
 
 tqtu )()( 0
Phần tử cơ bản của mạch điện 21
C0
Tụ (4)
Ci
u
dt
duCup dt
duCi 
uip 
tttt
CdCdduCd  21
t
uu ut
dt
up tw


2 2
2
1Cuw 
0)( 
Phần tử cơ bản của mạch điện 22
u
Tụ (5)
Ci
u
0idt
duCi 
0 dUduMạch DC: u = U = const
Trong mạch DC, tụ tương đương với hở mạch
Phần tử cơ bản của mạch điện 23
Tụ (6)
Ci
u
idt
duCi 
0dtNếu (vô lý)
Điện áp trên tụ không thể biến thiên đột ngột
Phần tử cơ bản của mạch điện 24
Tụ (7)
• Tụ lý tưởng có điện trở bằng vô cùng 
• Thực tế tụ có một điện trở rò Rl, khoảng 100 MΩ
• Có thể mô hình hoá bằng một tụ lý tưởng song song với 
Rl Rl
C
• Chỉ đề cập đến tụ lý tưởng
Phần tử cơ bản của mạch điện 25
• Điện trở & tụ được bán hàng loạt hoặc dạng mạch tích 
hợp (IC)  rẻ  được dùng nhiều
• Cuộn dây chỉ bán ở dạng đơn lẻ  đắt  dùng hạn chế
• Cuộn dây & tụ:
– Khả năng dự trữ năng lượng  dùng làm nguồn nhất thời
– Cuộn dây: chống lại biến thiên dòng đột ngột  dùng để dập 
hồ quang hoặc tia lửa điện
ố ế ể ế– Tụ: ch ng lại bi n thiên điện áp đột ngột  dùng đ hạn ch 
xung
– Nhạy tần phân tách tần số
Phần tử cơ bản của mạch điện 26