Phân tích mạch điện theo mô hình mạch, giải thích những quá trình chính xảy ra trong các thiết bị điện điện tử

cơ sở lý thuyết mạch bài mở đầu Vị trí môn học : Cơ sở lý thuyết mạch là một trong các môn học kỹ thuật cơ sở được giảng dạy hầu hết cho các ngành đào tạo về chuyên môn điện . Đây là môn học cơ sở cho các môn học chuyên môn điện sau này. Lý thuyết mạch dựa trên các kiến thức về toán, lý, nhằm cung cấp những lý luận cơ sở chung nhất về kỹ thuật điện để học sinh có cơ sở tiếp thu những môn học chuyên môn điện, nắm được chìa khoá đi vào các lĩnh vực khác nhau của kỹ thuật điện. 2 . Mục đích yêu cầu : Mục đích : Trang bị cho học sinh những kiến thức chung, phương pháp chung về phân tích mạch điện theo mô hình mạch, giải thích những quá trình chính xảy ra trong các thiết bị điện điện tử thường gặp như : Đường dây, cuộn dây lõi sắt... Yêu cầu : -Nắm được bản chất , tính chất và các định luật cơ bản của mạch điện. -Nắm vững bản chất của các quá trình năng lượng trong mạch điện. -Biết cách thay thế các sơ đồ điện phức tạp thành các sơ đồ tương đương đơn giản, sau đó ứng dụng các phương pháp giải mạch để tiến hành giải mạch điện. - Biết vận dụng vào thực tế để lắp các mạch điện. 3 . Tài liệu : -Cơ sở lý thuyết mạch ( hai tập ): Đại học bách khoa. -Cơ sở lý thuyết mạch ( bốn tập ) : Nhà xuất bản khoa học giáo dục. -Điện kỹ thuật: Nhà xuất bản khoa học giáo dục. Chương I : Những khái niệm cơ bản về mạch điện Đ1-1 Định nghĩa - kết cầu hình học của mạch điện. 1. Định nghĩa: Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn (phần từ dẫn) tạo thành những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy qua. Mạch điện thường gồm các loại phần tử sau: Nguồn điện, phụ tải, dây dẫn. a. Nguồn điện: Bao gồm tất cả các thiết bị điện để biến đổi các dạng năng lượng khác nhau như: Cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, thuỷ năng... thành điện năng. Ví dụ : + Pin, ắc quy: Biến đổi hoá năng thành điện năng. + Máy phát điện: Biến đổi cơ năng thành điện năng. + Pin mặt trời biến đổi năng lượng bức xạ của mặt trời thành điện năng ... b. Phụ tải điện: Bao gồm tất cả các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác như: Cơ năng, nhiệt năng, quang năng ... Ví dụ : + Động cơ điện: Tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành cơ năng. + Bàn là, bếp điện: Biến điện năng thành nhiệt năng. + Bóng điện: Biến đổi điện năng thành quang năng ... c. Dây dẫn: Dây dẫn làm bằng kim loại (đồng, nhôm ...) dùng để truyền tải điện năng từ nguồn điện tải. 2. Kết cấu hình học của mạch điện. a. Nhánh: m Nhánh là một đoạn mạch gồm các phần tử ghép nối tiếp với nhau trên đó chỉ có một dòng điện duy nhất chạy qua thông suốt từ đầu nọ đến đầu kia. b. Nút: n MF ĐC A B 1 2 3 c a b Đ Là điểm gặp nhau của từ 3 nhánh trở lên. c. Vòng: Là lối đi khép kín qua các nhánh. *Ví dụ : Cho mạch điện trên hình 1 - 1 Mạch điện này có : + m = 3 : 1, 2, 3 + n = 2: A, B + Có 3 vòng : (a), (b), (c) Đ1-2 Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch điện. Để đặc trưng cho quá trình năng lượng trong một nhánh hoặc một phần tử của mạch điện ta dùng 3 đại lượng: dòng điện i , điện áp u và công suất tiếp nhận p. Chúng liên hệ khăng khít với nhau bởi phương trình đại số: p = u.i 1. Dòng điện : Là dòng chuyển rời có hướng của các hạt điện tích cơ bản dưới tác dụng của điện trường. A B i uAB Về trị số nó bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua tiết diện ngang của một vật đẫn: 1KA = 103 A = 106 mA Chiều dòng điện quy ước là chiều chuyển động của các hạt điện tích dương trong điện trường. Quy ước: Nếu chiều dòng từ A đến B là dương thì dòng điện chạy theo chiều ngược lại là âm. 2. Điện áp: Tại mỗi điểm trong mạch điện có 1 điện thế, hiệu điện thế giữa hai điểm gọi là điện áp. Như vậy điện áp giữa hai điểm Avà B là: uab = ja - jb Đơn vị: V, kV Chiều dương quy ước của điện áp là chiều đi từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp. Tuy nhiên khi tính toán, phân tích mạch điện phức tạp ta không thể dễ ràng xác định ngay được chiều dòng điện và điện áp các nhánh, đặc biệt đối với dòng điện xoay chiều, chiều của chúng thay đổi theo thời gian. Vì thế khi giải mạch điện ta tuỳ ý vẽ chiều dòng diện và điện áp trong các nhánh gọi là chiều dương. Trên cơ sở các chiều đã vẽ thiết lập hệ phương trình giải mạch điện. Kết quả tính toán dòng điện (điện áp) ở một thời điểm nào đó có trị số dương thì chiều dòng điện (điện áp) trong nhánh ấy trùng với chiều đã vẽ. Ngược lại, nếu dòng điện (điện áp) có trị số âm thì chiều của chúng ngược với chiều đã vẽ. Thường chọn chiều dòng điện trùng với chiều điện áp. 3. Công suất: Trong mạch điện, 1 nhánh, 1 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 xuất p của nhánh ta có kết luận về quá trình năng lượng của nhánh như sau: ở một thời điểm nào đó, nếu: p = u.i >0 nhánh nhận năng lượng p = u .i <0 nhánh phát năng lượng . Đơn vị đo: W, kW, MW. Đ1-3 Các thông số đặc trưng cho quá trình năng lượng cơ bản trong nhánh Quá trình năng lượng trong nhánh: Các thiết bị điện khác nhau thì xảy ra những hiện tượng năng lượng khác nhau: khuyếch đại, tạo sóng, phát nhiệt, sinh cơ ... Với cách nhìn cơ bản theo quan điểm năng lượng thì chung quy lại có hai hiện tượng cơ bản là hiện tượng chuyển hoá và hiện tượng tích luỹ điện từ. a. Hiện tượng chuyển hoá: Gồm 2 hiện tượng. -Hiện tượng tạo nguồn: Biến tất cả các dạng năng lượng khác như: cơ, quang, hoá, nhiệt, thuỷ năng v.v. thành điện năng. -Hiện tượng tiêu tán: Biến năng lượng điện từ thành các dạng năng lượng khác. Hiện tượng tích phóng năng lượng điện từ: Cất năng lượng điện từ vào trong không gian mà không tiêu tán (kho từ, kho điện). Khi trường điện từ tăng lên, năng lượng do nguồn cung cấp tích luỹ thêm vào không gian xung quanh. Khi trường điện từ giảm đi, năng lượng tích luỹ cho không gian xung quanh lại đưa hoàn trở lại nguồn và cấp cho các phần tử tiêu tán. Như vậy: Hiện tượng tích phóng là một quá trình thuận nghịch. Các thông số đặc trưng cho quá trình năng lượng cơ bản của mạch điện . a. Những thông số tạo nguồn: *Nguồn điện áp u(t) hay e(t): Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo và duy trì 1 điện áp trên 2 cực của nguồn . Nguồn điện áp được ký hiệu như hình 1-3a e(t)) u(t) Nguồn điện áp còn được biểu diễn bằng một sức điện động e(t) và được ký hiệu như hình 1-3b u(t) = - e(t) + Nguồn điện j(t): j(t) Hình 1-4 Nguồn dòng điện j(t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và duy trì 1 dòng điện cung cấp cho mạch ngoài. Nguồn dòng điện được ký hiệu như hình 1- 4. b.Các phần tử cơ bản của nhánh: *Điện trở: R Điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng sang các dạng năng lượng khác như : nhiệt năng , quang năng và các dạng năng lượng khác ... Điện trở được ký hiệu như hình 1- 5. uR R i Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện trở là: uR = i.R Trong đó: uR : Điện áp rơi trên điện trở R. i: Dòng điện chạy trên điện trở R. - Đơn vị của điện trở: W , mW, k W, M W Công suất điện trở tiêu thụ: p = R.i2 Nếu cung cấp dòng điện i = 1(A) thì p = R ta thấy R tăng thì p tăng, R giảm thì p giảm. Như vậy điện trở của một nhánh thuần tiêu tán nói trên mức độ tiêu tán điện năng dưới tác dụng của 1 dòng điện kích thích chuẩn 1A. * Điện cảm: L Hình 1-6 L i uL Khi có 1 dòng điện i chạy trong cuộn dây w vòng, ở vùng lân cận cuộn dây có 1 từ trường. Từ trường này xuyên qua cuộn dây với một thông lượng nào đó gọi là từ thông y: y = w . F Trong đó: W: Số vòng của cuộn dây. F: Từ thông xuyên qua một vòng dây. Điện cảm của cuộn dây được định nghĩa: - Theo định luật Lenx- Farađây, sức điện động tự cảm là: eL= - Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện cảm: uL = - eL = - Năng lượng từ trường của cuộn dây: wM = Như vậy: Điện cảm L đặc trưng cho hiện tượng tạo ra từ trường và quá trình trao đổi, tích luỹ năng lượng từ trường của cuộn dây . Đơn vị của điện cảm: Henry (H), mH 1H = 10 -3 mH * Điện dung: C Hình 1-7 C i uC Khi đặt điện áp UC lên hai bản cực của tụ điện, sẽ có điện tích q tích luỹ trên bản tụ điện. Điện dung C của tụ điện được định nghĩa là: Ký hiệu: Hình 1-7 Theo Macxoen, dòng chuyển dịch qua tụ được tính: Vậy điện áp đặt lên 2 bản cực của tụ điện C sẽ là: Năng lượng điện trường của tụ điện: Điện dung C đặc trưng cho khả năng tích tụ năng lượng điện trường của tụ điện dưới tác đụng của điện áp. Đơn vị: Ngoài ra: mF, pF. Đ1-4 Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện 1. Phân loại mạch điện: Có rất nhiều cách để phân loại mạch điện a. theo loại mạch điện trong mạch . Mạch điện một chiều : i t i o Hình 1 - 8 Mạch điện có dòng một chiều gọi là mạch điện một chiều . với dòng điện một chiều là dòng điện có chiều không thay đổi theo thời gian (hình 1-8 ) Mạch điện xoay chiều : Hình 1 - 9 i i t T/2 T 0 Mạch điện có dòng xoay chiều gọi là mạch điện xoay chiều với: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và trị số biến đổi theo thời gian. Dòng xoay chiều được sử dụng nhiều nhất là dòng hình sin (Hình 1-9). b. Phân loại mạch điện theo các thông số R, L, C: Mạch điện tuyến tính: Là mạch điện có tất cả các phần tử R, L, C là tuyến tính. Nghĩa là các thông số R, L, C là hằng số và không phụ thuộc vào dòng điện i và điện áp u trên bản thân chúng. Mạch điện phi tuyến: Là mạch điện có chứa ít nhất một phần tử phi tuyến, tức là các phần tử R, L, C thay đổi phụ thuộc vào dòng điện i và điện áp u trên chúng. c. Phân loại mạch theo quá trình năng lượng trong mạch. i i t 1 2 0 Hình 1- 10 Dt i Mạch điện ở chế độ xác lập: Là quá trình, trong đó dưới tác động của các nguồn thì dòng điện, điện áp trên các nhánh đạt trạng thái ổn định. ở chế độ xác lập dòng điện, điện áp trên các nhánh biến thiên theo quy luật giống với quy luật biến thiên của nguồn điện. Mạch điện ở chế độ quá độ: Là quá trình mạch chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác. Chế độ quá độ xảy ra sau khi đóng cắt hoặc thay đổi thông số của mạch có chứa L, C thời gian quá độ thường rất ngắn. Trên hình 1-10 vẽ quy luật biến thiên của dòng điện sau khi đóng mạch R-Lvào nguồn điện áp không đổi, xảy ra quá trình quá độ, dòng điện biến thiên theo quy luật đường cong (1). Sau thời gian Dt, quá trình quá độ kết thúc và thiết lập chế độ xác lập, đường (2) vẽ dòng điện i ở chế độ xác lập. 2. Phân loại bài toán về mạch điện: Một cách tổng quát, bài toán về mạch điện có thể phân làm 2 loại: Bài toán phân tích mạch và bài toán tổng hợp mạch. - Bài toán phân tích mạch: Cho biết các thông số và kết cấu mạch điện. Cần tính dòng, áp và công xuất các nhánh. - Bài toán tổng hợp mạch: Cần phải thành lập một mạch điện với các thông số và kết cấu thích hợp để đạt các yêu cầu định trước về dòng, áp, năng lượng. Trong phạm vi của chương trình cơ sở lý thuyết mạch này chỉ xét bài toán phân tích mạch điện. Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu mạch điện là 2 định luật Kiếchôp I và Kiếchôp II. Đ1-5 các định luật cơ bản của mạch điện ở trên ta đã biết các luật Ôm, Lenx, Farađây, định luật về dòng chuyển dịch Mácxoen. Chúng mới nói lên dòng và áp trên các phần tử riêng rẽ của sơ đồ mạch, chưa nói lên những hiện tượng cơ bản và kết cấu riêng của mạch, hiện tượng chảy liên tục của dòng dẫn, hiện tượng mạch có tính chất thế và kết cấu khung của mạch. Những hiện tượng và kết cấu này được miêu tả đầy đủ bởi 2 luật KiếchốpI và Kiếchốp II. Định luật kiếchốp I : Phát biểu định luật: Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không. Trong đó: Nếu quy ước các dòng điện đi tới nút mang dấu dương thì các dòng điện rời khỏi nút mang dấu âm và ngược lại. Cách phát biểu khác: Tổng dòng điện đi vào nút bằng tổng dòng đi ra khỏi nút. * ý nghĩa của định luật Kiếchôp I: i1 i2 i3 a - Nói lên tính liên tục của dòng dẫn (tại nút không có sự ứ đọng điện tích) trong mạch điện. - Nói lên sự tồn tại kết cấu nút trong mạch. Ví dụ: Phương trình Kiếchốp I cho nút a: i1 - i2 - i3 = 0 R1 R2 R3 L1 e1 C1 C1 e2 e3 i1 i3 i2 a Hình 1 - 11 A B 2. Định luật Kiếchôp II : Phát biểu định luật: Đi theo 1 vòng kín với chiều tuỳ ý chọn, tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử bằng không. *Ví dụ: Đối với mạch điện như hình vẽ 1 -11. Định luật kiếchôp II cho vòng a được viết: uR1+ uL1 + uR2 + uC2 - e1 - e2 = 0 uR1+ uL1 + uR2 + uC2 = e1 + e2 Ta có: Cách phát biểu khác: Đi theo 1 vòng kín với chiều tuỳ ý chọn tổng đại số các điện áp rơi trên các phần tử R, L, C bằng tổng đại số các sức điện động của nguồn. Trong đó: Những sức điện động và dòng điện có chiều trùng với chiều đi vòng sẽ lấy dấu dương, ngược lại mang dấu âm. * ý nghĩa của định luật kiếchôp II: -Luật này phản ánh tính chất thế của mạch ở chỗ: Xuất phát từ 1 điểm bất kỳ, đi theo một đường khép kín bất kỳ để trở lại điểm xuất phát ta lại trở lại thế cũ, tức độ tăng thế bằng 0. -Nói lên sự tồn tại các kết cấu vòng, nhánh trong mạch. chương II mạch điện xoay chiều Trong sản xuất và đời sống, nguồn điện xoay chiều được dùng rộng rãi vì nó có nhiều ưu điểm so với nguồn điện 1 chiều. Dòng điện xoay chiều dễ truyền tải đi xa, dễ thay đổi điện áp nhờ máy biến áp. Máy phát điện và động cơ xoay chiều làm việc tin cậy, vận hành đơn giản, chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật cao. Ngoài ra trong trường hợp cần thiết nguồn điện xoay chiều dễ dàng biến đổi thành nguồn điện 1 chiều nhờ các thiết bị nắn điện. Đ2-1 DòNG ĐIệN HìNH SIN - CáC ĐạI LƯợNG ĐặC TRƯNG CHO DòNG ĐIệN HìNH SIN 1.Định nghĩa: Dòng điện hình sin là dòng điện xoay chiều biến đổi theo quy luật hình sin của thời gian. 2.Các đại lượng đặc trưng cho dòng hình sin : a.Giá trị tức thời: Trị số của dòng điện, điện áp hình sin ở 1 thời điểm t bất kỳ gọi là trị số tức i1 Im i = Imsinwt t o Hình 2 - 1 T thời và được biểu diễn là: i = Imsin (wt + Yi) u = Um sin (wt + Yu) Trị số tức thời được ký hiệu là chữ thường: i, u, e, ... b.Biên độ của lượng xoay chiều: Giá trị lớn nhất của trị số tức thời trong 1 chu kỳ gọi là trị số cực đại hay biên độ của lượng xoay chiều. Ký hiệu là chữ in hoa: Im, Um, Em ... c. Góc pha của lượng hình sin: Giả sử có đại lượng hình sin: a = Amsin(w t + y) Lượng (w t + y) gọi là pha hay góc pha, nó đặc trưng cho dạng biến thiên của lượng hình sin (hay pha xác định trị số và chiều của lượng hình sin ở thời điểm t). d.Góc pha đầu: Là pha ở thời điểm t = 0 pha đầu phụ thuộc vào việc chọn toạ độ thời gian, pha đầu có thể dương, âm, hoặc bằng không. e.Chu kỳ: Là khoảng thời gian ngắn nhất để đại lượng hình sin lặp lại trị số và chiều biến thiên cũ. Trong khoảng thời gian T đ góc pha biến thiên 1 lượng là wt = 2p. f.Tần số: Là số chu kỳ biến thiên của đại lượng hình sin trong 1 giây. (Hz, KHz, MHz) Tần số của dòng điện xoay chiều trong công nghiệp: f = 50 (Hz) g.Vận tốc góc: Là tốc độ biến thiên của lượng hình sin: w = 2pf = 2p/T (rad/s) Như vậy: Một lượng hình sin được đặc trưng bởi bộ số [(wt + j) , Im] Nếu các lượng hình sin cùng tần số thì đặc trưng cho lượng hình sin chỉ còn lại [Im , yi] h.Góc lệch pha: Do đặc tính các thông số của mạch, các lượng hinh sin thường có sự lệch pha nhau. Góc lệch pha giữa 2 lượng hình sin cùng tần số bằng hiệu số pha đầu của chúng, thường được ký hiệu là góc j. j = yu - yi Nếu j > 0 đ áp vượt trước dòng 1 góc j Nếu j < 0 đ áp chậm pha sau dòng1 góc j Nếu j = 0 đ áp trùng pha với dòng Nếu j = ±p/2 đ áp với dòng vuông pha nhau Nếu j = ±p đ áp và dòng ngược pha nhau 3.Trị hiệu dụng của lượng hình sin: Trị số tức thời chỉ đặc trưng cho tác dụng của lượng hình sin ở từng thời điểm. Để đặc trưng cho tác dụng trung bình của lượng hình sin trong cả chu kỳ về mặt năng lượng, người ta đưa ra khái niệm về trị số hiệu dụng. Định nghĩa: Trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều lấy bằng giá trị của dòng điện 1 chiều sao cho dòng điện này đi qua cùng 1 điện trở, trong thời gian 1 chu kỳ sẽ toả ra nhiệt lượng bằng nhiệt lượng do dòng xoay chiều toả ra trong 1 chu kỳ trên cùng điện trở đó. Trị số hiệu dụng ký hiệu bằng chữ in hoa: U, I, E, ... Biểu thức: Người ta đã chứng minh được rằng: , , Thay vào biểu thức tức thời ( i, u, e ) trị số Im , Um , Em ta được: i = I sin (w t + yi) u = U sin (w t + yu) e = E sin (w t + ye) Trị số hiệu dụng được dùng rất nhiều trong thực tế, các số ghi trên các dụng cụ và thiết bị thường là trị số hiệu dụng. Trị số hiệu dụng thường dùng trong các công thức tính toán và đồ thị véc tơ. Đ 2 - 2 biểu diễn lượng hình sin bằng véc tơ 1. Khái niệm: Trong tiết 2-1 ta đã biết biểu diễn đại lượng hinh sin bằng biểu thức tức thời và đường cong trị số tức thời. Ta thấy việc biểu diễn như vậy không thuận lợi khi cần so sánh hoặc thực hiện các phép tính cộng, trừ các lượng hình sin. Từ toán học ta đã biết việc cộng trừ các lượng hình sin cùng tần số, tương ứng với việc cộng trừ các véc tơ. 2. Cách biểu diễn : Nếu các lượng hình sin cùng tần số thì ta biểu diễn chúng bằng véc tơ có độ dài (môdul) bằng trị số hiệu dụng và tạo với trục hoành (ox)1 góc j bằng góc pha đầu của lượng hình sin. ju ji x y 0 Hình 2 - 3 Trên hình 2-3 vẽ các véc tơ dòng điện và điện áp ứng với ju > 0, ji < 0 3. Ví dụ: Cho 2 sức điện động: e1 = 3 sin ( 314 t + 150 ) V e2 = 4 sin ( 314 t + 750 ) V Hãy tìm sức điện động tổng: e = e1 + e2 bằng đồ thị véc tơ. Hình 2 - 4 750 150 0 x y Giải: Biểu diễn e1 bằng véc tơ OA Biểu diễn e2 băng véc tơ OB Thì véc tơ tổng e là OC ( Hình 2-4) Ta có : OC 2 = OA 2 + AC 2 - 2OA.AC.cosOAC AOB = 750 - 150 = 600 OAC = 1200 OA = 3, OB = AC = 4, ị OC = 6,22 Mặt khác ta có : AC 2 = OA 2 + OC 2 - 2 OA.OC.cos j ị = j = 36 0 30’ Biểu thức của sức điện động e là : e = 6,22.sin(314 t +150 + 360 30’) V = 6,22.sin (314 t + 510 30’) V Đ2-3 mạch điện xoay chiều thuần trở Định nghĩa: Mạch điện xoay chiều mà trong mạch chỉ có thành phần điện trở còn thành phần điện cảm của cuộn dây rất nhỏ có thể bỏ qua và không có thành phần điện dung gọi là mạch xoay chiều thuần trở.(Hình 2-5) Ví dụ: Bàn là, bếp điện, lò sưởi ... Quan hệ dòng điện - điện áp: Đặt vào nhánh một nguồn điện áp xoay chiều u = U msin wt, trong nhánh có R u i Hình 2-5 dòng điện i chạy qua R. Tại thời điểm t bất kỳ, theo định luật ôm, ta có: So sánh biểu thức dòng điện và điện áp ta thấy trong nhánh thuần trở dòng điện và điện áp cùng tần số và trùng pha nhau. Đồ thị véc tơ dòng và áp của nhánh biểu diễn như hình vẽ: I UR Im = ÛÛ I = Định luật ôm cho nhánh thuần trở: Trong nhánh thuần trở trị hiệu dụng của dòng điện tỷ lệ thuận với trị hiệu dụng của điện áp đặt vào nhánh và tỷ lệ nghịch với điện trở nhánh. Công suất: a.Công suất tức thời: p = u .i = Um Im sin 2wt Ta thấy: p luôn dương nên trong mạch thuần trở, điện trở liên tục tiêu thụ năng lượng của nguồn và biến đổi thành các dạng năng lượng khác. b.Công suất trung bình: Ta có: P = Um.Im sin2 wt Như vậy: Công suất tức thời gồm 2 thành phần: Phần không đổi UI và phần biến đổi -UI.cos2wt có tần số gấp đôi tần số dòng điện. Vì lấy trung bình trong một chu kỳ của lượng hình sin sẽ bằng không, nên công suất trung bình trong 1 chu kỳ sẽ bằng thành phần không đổi UI. P = UI = I2.R = (W, KW) Công suất tác dụng đặc trưng cho tốc độ biến đổi trung bình của điện năng thành các dạng năng lượng khác. Điện năng tiêu thụ trong thời gian t tính theo công suất tác dụng: WR = P.t (Wh, KWh) Ví dụ: Một bóng đèn có ghi 220 V, 100 W mắc vào mạch điện xoay chiều có điện áp u = 231sin(314t + 300) V. Xác định dòng điện qua đèn, công suất và điện năng đèn tiêu thụ trong 4h, coi bóng đèn như nhánh thuần điện trở. Giải: Điện trở bóng đèn ở chế độ định mức: ( W) Trị hiệu dụng của dòng điện: (A) Vì mạch thuần trở nên u, i trùng pha do đó biểu thức của dòng là: i = 0,48sin(314t + 300) A Công suất bóng đèn tiêu thụ: P = I2.R = 0,482.484 = 110 W Điện năng bóng tiêu thụ trong 4h là: WR = P.t = 110 .4 = 440 Wh Đ 2-4 Mạch xoay chiều thuần cảm Định nghĩa: Hình 2-7 u i