1 – 1 Những khái niệm cơ bản trong mạch điện
1 – 1 – 1
Hỏi: Điện xoay chiều biến đổi theo hình sin, vậy cường độ dòng điện và điện áp mà chúng ta thường nói lấy gì làm chuẩn?
Đáp: Trong mạch điện xoay chiều, chúng ta dùng “Trị số hiệu dụng” để làm chuẩn đo; bằng cách tính để nhiệt lượng mà dòng điện xoay chiều – phát ra khi qua điện trở bằng với nhiệt lượng mà dòng điện một chiều phát ra khi chạy qua cùng điện trở, với thời gian là như nhau. Trị số của dòng điện xoay chiều như vậy gọi là trị số hiệu dụng.
1 – 1 – 2
Hỏi: Sau khi mắc song song một pin khô 1.5V với một pin khô 1.2V cắt mạch ngoài, một lúc sau phát hiện điện áp cục pin 1.5V nhanh chóng sụt xuống, tại sao?
Đáp: Khi điện thế của hai cục pin mắc song song không bằng nhau, thì giữa hai pin có dòng điện vòng (hình 1 – 1 – 2). Nếu điện thế E1 cao hơn E2, tuy đã ngắt mạch ngoài, giữa hai pin vẫn sinh ra dòng điện vòng:
r01, r02 là điện trở trong, khi dòng điện Io chạy qua r01, r02 sẽ làm tiêu hao điện năng của pin có điện thế cao hơn, cho đến khi điện thế El bằng E2 thì dòng điện vòng Io sẽ bằng 0.
Cho nên hai cục pin (hoặc ACCU) có điện thế khác nhau không thể mắc song song với nhau.
1 – 1 – 3
Hỏi: Tại sao trị số đọc trên Ampe kế tổng của mạch điện xoay chiều nhỏ hơn tổng các trị số đọc được trên Ampe kế ở các mạch nhánh?
Đáp: Cường độ dòng điện đọc được trên Ampe kế tổng là tổng véc tơ cường độ dòng điện các mạch nhánh, chỉ khi hệ số công suất các mạch nhánh bằng nhau, thì tổng vectơ cường độ dòng điện mới bằng tổng đại số cường độ dòng điện các mạch nhánh. Trong thực tế, hệ số công suất của các mạch nhánh không bằng nhau, cho nên cường độ dòng điện đọc trên Ampe kế tổng luôn luôn nhỏ hơn tổng cường độ dòng điện các mạch nhánh.
1 – 1 – 4
Hỏi: Tại sao bộ điện trở (dùng gia nhiệt) loại 3 pha đấu hình sao, khi đứt một pha thì dung lượng của nó giảm một nửa?
Đáp: Với sơ đồ đấu dây thể hiện ở hình 1 – 1 – 4, nếu còn đủ 3 pha thì dung lượng của nó là:
Khi đứt 1 pha (pha C), lúc đó:
Ic = 0
Pđứt = (hoặc IB) =
Do đó:
Cho nên khi đứt một pha, dung lượng giảm xuống còn một nửa so với đủ 3 pha.
1 – 1 – 5
Hỏi: Thế nào là công suất toàn phần (biểu kiến)? Công suất tác dụng (hữu công)? Công suất phản kháng (vô công)?
Đáp:
- Tích trị số hữu hiệu của điện áp và cường độ trong mạch điện gọi là công suất toàn phần biểu kiến, tức S = UI.
- Công suất toàn phần nhân với Cosin của góc lệch pha giữa cường độ và điện áp (tức hệ số công suất) là công suất tác dụng (công suất hữu công), tức P = UIcosφ.
- Công suất toàn phần nhân với sin của góc lệch pha giữa cường độ và điện áp gọi là công suất phản kháng (vô công), tức Q = UIsinφ.
- Quan hệ giữa 3 đại lượng đó là: S2 = P2 + Q2 hoặc S =
1 – 1 – 6
Hỏi: Khi sử dụng máy hàn ngắn mạch (hàn bấm điểm) để hàn thép lá thì dùng điện cực đồng đỏ, nhưng khi hàn bạc lá lên đồng lá thì không thể dùng điện cực đồng đỏ. Nguyên nhân tại sao?
Đáp: Điện trở suất của thép lá lớn hơn điện cực đồng đỏ nhiều, khi làm ngắn mạch do điện trở của thép lá tại vị trí hàn lớn hơn nhiều so với các bộ phận khác của máy hàn điểm (tức I2R của bộ phận thép lá là lớn nhất), cho nên sinh nhiệt lớn, nóng chảy cục bộ mà liên kết với nhau.
Khi hàn bạc lá với đồng lá, điện trở tại vị trí hàn lúc này thường nhỏ hơn điện cực. Kết quả bộ phận nóng chảy trước là điện cực, không thể hàn được. Để xử lý phải sử dụng kim loại có điện trở lớn nhưng phải có nhiệt độ nóng chảy cao hoặc dùng thỏi than graphit (nhiệt độ nóng chảy cao) làm điện cực. Lúc này phương pháp hàn là lợi dụng nhiệt độ cao của điện cực để hỗ trợ gia nhiệt, khiến mặt tiếp xúc giữa bạc với đồng nóng chảy trước, nhờ thế mới hàn được.
1- 1 – 7
Hỏi: Giả thiết điện áp nguồn là 220V, nếu có hai bóng đèn 110V 25W và 110V 100W, liệu có thể mắc nối tiếp hai bỏng đèn này vào mạch điện không (để dùng điện áp 220V)? Sau khi mắc như vậy thì kết quả sẽ ra sao?
Đáp: Không được. Bóng đèn khác công suất thì không thể mắc nối tiếp, nếu cứ mắc thì bóng 25W sẽ bị cháy.
- Dòng điện định mức của bóng đèn 25W là = 0.23A; điện trở là:
- Dòng điện định mức của bóng đèn 100W là ; điện trở là:
- Khi hai bóng đèn mắc nối tiếp, đấu với nguồn 220V thì dòng điện chạy qua sẽ là khoảng . Cường độ dòng điện này vượt quá nhiều so với dòng điện định mức của bóng 25W, do đó bóng đèn này sẽ bị cháy (lúc đó, điện áp ở hai đầu bóng đèn 25W là khoảng 0.37 x 473 = 175V chứ không phải là 110V).
1 – 1 – 8
Hỏi: Một phần dây điện trở của bộ điện trở bị ngắn mạch, khi đưa nguồn điện vào, dây điện trở bị ngắn mạch không nóng, còn phần dây điện trở không bị ngắn mạch nóng lên. Nhưng với một cuộn dây quấn trên lõi sắt bị ngắn mạch một số vòng, khi có dòng xoay chiều chạy qua, thì các vòng dây bị ngắn mạch lại nóng hơn rất nhiều so với các vòng dây không bị ngắn mạch. Vậy là tại sao?
Đáp: Một bộ phận bộ điện trở bị ngắn mạch, khi có điện, dòng điện không chạy qua dây điện trở bị ngắn mạch cho nên không nóng.
Cuộn đây quấn trên lõi sắt khi có bộ phận bị ngắn mạch, tương đương như cuộn thứ cấp của biến thế tự ngẫu bị ngắn mạch. Lúc này cường độ dòng điện chạy qua bộ phận bị ngắn mạch lớn gấp nhiều lần so với bình thường, sinh ra nhiệt năng, làm tăng nhiệt độ.
1 – 1 – 9
Hỏi: Tại sao điện trở xoay chiều và điện trở một chiều của cùng một sợi dây dẫn lại không giống nhau?
Đáp: Khi dòng điện xoay chiều thông qua dây dẫn, mật độ phân bố dòng điện trong tiết diện dây dẫn là không giống nhau, càng gần tâm dây dẫn thì mật độ dòng điện càng nhỏ, ở gần bề mặt dây dẫn thì mật độ dòng điện tương đối lớn. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng bề mặt. Khi tần số càng cao, thì hiện tượng ngày càng thể hiện rõ ràng. Do kết quả của hiệu ứng bề mặt này mà làm cho tiết diện hữu hiệu của dây dẫn giảm, điện trở tăng. Khi dòng điện một chiều thông qua dây dẫn, không có hiện tượng này, cho nên trên cùng một dây dẫn, điện trở xoay chiều lớn hơn điện trở một chiều.
1 – 1 – 10
Hỏi: Khi quấn cuộn điện cảm cao tần, tại sao phải dùng dây nhiều sợi hoặc dây dẫn rỗng ruột?
Đáp: Khi quấn cuộn cao tần, sử dụng dây dẫn nhiều sợi là nhằm giảm thiểu ảnh hưởng hiệu ứng bề mặt của dòng điện xoay chiều tần số cao. Sử dụng dây dẫn rỗng ruột là nhằm lợi dụng đầy đủ tiết diện hữu hiệu của dây dẫn, tiết kiệm kim loại màu. Vì với cuộn dây cao tần (có dòng điện cao tần chạy qua) thì hiệu quả của dây dẫn rỗng ruột cũng giống như dây dẫn đặc có cùng đường kính ngoài.
1 – 1 – 11
Hỏi: Có mạch điện như hình 1-1-11. Khi cắm một lõi sắt vào trong cuộn cảm L, đèn trở nên tối lại. Tại sao?
Đáp: Khi trong mạch xoay chiều có đấu với cuộn dây, dòng điện trong mạch điện không chỉ được quyết định bởi điện trở trong bóng đèn và điện trở trên cuộn dây, mà còn liên quan đến điện cảm L trong cuộn dây, L càng lớn thì dòng điện sẽ càng nhỏ, khi cắm lõi sắt vào trong cuộn dây, L trở nên lớn, vì thế bóng đèn trở nên tối.
1 – 1 – 12
Hỏi: Tại sao tụ điện đấu vào mạch điện xoay chiều thì có dòng điện chạy qua, còn đấu vào mạch điện một chiều thì không có dòng điện chạy qua?
Đáp: Khi đấu tụ điện vào mạch điện xoay chiều, do sự thay đổi mang tính chu kỳ về chiều và độ lớn của điện áp xoay chiều, khiến bản cực tụ điện tiến hành nạp, phóng điện theo chu kỳ. Dòng điện phóng và nạp điện này chính là dòng điện xoay chiều chạy qua tụ điện.
Khi đấu tụ điện vào mạch điện một chiều, do chiều của điện áp một chiều không thay đổi theo chu kỳ, chỉ ở thời điểm đấu vào có dòng điện nạp nhưng thời gian rất ngắn, nạp điện xong sẽ không còn dòng điện chạy qua. nữa, cho nên, dòng điện một chiều không thể chạy qua tụ điện.
1 – 1 – 13
Hỏi: Sau khi đấu nối tiếp hai tụ điện có điện áp định mức bằng nhau nhưng điện dung không bằng nhau, phải chăng có thể đặt điện áp ngoài bằng gấp hai lần điện áp định mức của mỗi tụ điện?
Đáp: Không được gấp đôi, vì sau khi hai tụ đấu nối tiếp , sự phân bố điện áp ở bản tụ tỉ lệ nghịch với điện dung C, tức C càng nhỏ thì điện áp bản tụ của nó càng cao. Khi mắc nối tiếp hai tụ điện có dung lượng khác nhau, nếu điện áp ngoài gấp hai lần điện áp định mức của một tụ điện thì tụ có C nhỏ ắt sẽ xảy ra quá áp.
1 – 1 – 14
Hỏi: Hai tụ điện Cl – C2, trong đó C1 là 16mF – 300V; C2 là 8 mF – 300V, đấu nối tiếp chúng với nhau sử đụng nguồn điện một chiều 550V, nhận thấy tụ 8mF bị đánh thủng. Tại sao?
Đáp: Khi ứng dụng tụ điện đấu nối tiếp, thì điện áp mà nó nhận được tỉ lệ nghịch với điện dung giả thiết điện áp trên hai tụ Cl và C2 là U1 Và U2
Tổng dung lượng:
Điện lượng trên các tụ điện: Q = CU = C2U2
Qua đó có thể thấy, tụ điện có điện dung nhỏ thì điện áp nhận được lớn hơn giới hạn chịu áp của nó, cho nên bị đánh thủng.
1 – 1 – 15
Hỏi: Khi hai cuộn dây không có lõi sắt (có cùng quy cách) lần lượt đấu với điện áp một chiều 220V và điện áp xoay chiều 220V, cuộn dây nào nóng nhanh hơn. Tại sao?
Đáp: Căn cứ vào định luật Jun ta có : nhiệt lượng phát ra tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, tỉ lệ thuận với điện trở dây dẫn, tỉ lệ thuận với thời gian gia nhiệt.
Sau khi đấu với điện áp một chiều 220V, cường độ dòng điện trong cuộn dây không có lõi sắt chỉ do điện trở của cuộn dây quyết định. Còn khi cuộn dây không có lõi sắt đấu với điện áp xoay chiều 220V, cảm kháng của cuộn dây sẽ cản trở dòng điện xoay chiều chạy qua, cường độ dòng điện do trở kháng của cuộn dây quyết định, cho nên cường độ dòng điên xoay chiều nhỏ hơn dòng điện một chiều. Vì thế, cuộn dây dẫn với điện áp một chiều sẽ phát nhiệt nhanh hơn cuộn dây đấu với điện áp xoay chiều.
1- 1 – 16
Hỏi: Cuộn dây điện áp của công tắc điện từ xoay chiều, nếu số vòng quấn không đổi mà tăng tiết diện dây dẫn thì có thể. giảm độ tăng nhiệt độ của cuộn dây. Nhưng với cuộn dây một chiều cũng tăng tiết diện dây dẫn như vậy, nhiệt độ lại tăng cao. Tại sao?
Đáp: Điện kháng của cuộn dây xoay chiều lớn hơn điện trở rất nhiều, nên dòng điện trong cuộn dây hầu như không chịu ảnh hưởng của điện trở. Khi tiết điện dây dẫn tăng, điện trở R giảm, thì cường độ dòng điện I hầu như không thay đổi, tổn hao I2R trên đồng của cuộn dây giảm, cho nên nhiệt độ giảm xuống. Cường độ dòng điện của cuộn dây một chiều do điện trở R quyết định (khi điện áp không đổi), khi R giảm, sự tăng lên của I tỉ lệ nghịch với R, tổn hao I2R một mặt tăng lên theo tỉ lệ nghịch với bình phương R, một mặt giảm xuống theo tỉ lệ thuận với R, kết quả là tăng lên theo tỉ lệ nghịch với R, cho nên nhiệt độ lại cứ tăng lên.
