Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.56 MB, 103 trang )

Bạn đang đọc: Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp) – Tài liệu text

ỦY BÂN NHÂN DÂN QUẬN 9
TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ ĐÔNG SÀI GỊN

GIÁO TRÌNH

Tên mơ đun: Mạch điện
NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 382b/QĐ-TCN ngày 09 tháng 8 năm 2019
của Hiệu trưởng Trường trung cấp nghề Đơng Sài Gịn)

Quận 9, năm 2019

MỤC LỤC

Mục lục
Bài mở đầu
Chương 1: Các khái niệm cơ bản về mạch điện
1.1. Mạch điện và mơ hình
1.2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện
1.3. Các phép biến đổi tương đương
Chương 2: Mạch điện một chiều
2.1. Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều

2.2. Các phương pháp giải mạch một chiều
Chương 3: Dòng điện xoay chiều hình sin
3.1. Khái niệm về dịng điện xoay chiều
3.2. Giải mạch xoay chiêu không phân nhánh
3.3. Giải mạch xoay chiều phân nhánh
Chương 4: Mạch ba pha
4.1. Khái niệm chung
4.2. Sơ đồ đấu dây trong mạch ba pha đối xứng
4.3. Công suất mạch ba pha
Tài liệu tham khảo

2
7
11
11
16
18
23
23
29
44
44
54
65
84
84
86
91
99

MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN
Mã mơn học: MH 08
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
– Mơn học mạch điện được bố trí học sau các mơn học chung và học trước các
môn học, mô đun chuyên môn nghề.
– Là môn học kỹ thuật cơ sở.
– Trang bị những kiến thức và kỹ năng tính tốn cơ bản về mạch điện.
Mục tiêu của môn học:
– Phát biểu được các khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện một
chiều, xoay chiều, mạch ba pha.
– Tính tốn được các thơng số kỹ thuật trong mạch điện một chiều, xoay chiều,
mạch ba pha ở trạng thái xác lập và quá độ.
– Vận dụng được các phương pháp phân tích, biến đổi mạch để giải các bài tốn
về mạch điện hợp lý.
– Giải thích được một số ứng dụng đặc trưng theo quan điểm của kỹ thuật điện.
– Rèn luyện tính cận thận, tỉ mỉ trong tính tốn.
Nội dung của môn học:
Thời gian (giờ)
Số
Tên chương, mục
Tổng Lý Thực hành
Kiểm tra*
TT
số thuyết Bài tập
(LT hoặc TH)
Bài mở đầu
2

2
I. Chương 1.Các khái niệm cơ
6
4
2
bản về mạch điện
1.Mạch điện và mô hình
1
2.Các khái niệm cơ bản
1
trong mạch điện
3.Các phép biến đổi tương
2
2
đương
II. Chương 2.Mạch điện một
22
15
5
2
chiều
1.Các định luật và biểu thức
1
cơ bản trong mạch một chiều
2.Các phương pháp giải
13
4
mạch một chiều
III Chương 3.Dịng điện xoay
25

15
8
2
chiều hình sin
1.Khái niệm về dịng điện
2
1
xoay chiều
2.Giải mạch xoay chiều
5
3
không phân nhánh

3.Giải mạch xoay chiều phân
nhánh
Chương 4.Mạch ba pha
1.Khái niệm chung
2.Sơ đồ đấu dây trong mạng
ba pha cân bằng
3. Công suất mạng ba pha
cân bằng
4.Phương pháp giải mạng ba
pha cân bằng
Cộng:

9
2
2

10
1
1

Bài mở đầu: Khái quát chung về mạch điện
1. Tổng quát về mạch điện.
Mạch điện là môn học cơ sở kỹ thuật quan trọng trong q trình đào tạo
cơng nhân lành nghề, kỹ sư các ngành kỹ thuật như điện cơng nghiệp, tự động
hóa… Nó nhằm mục đích trang bị một cơ sở lý luận có hiệu lực cho các ngành kỹ
thuật điện mà cịn có thể vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác.
Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng các hiện tượng điện từ để biến
đổi năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu… bao gồm việc tạo ra, biến
đổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ trong các hoạt động thực tế của con
người.
So với các hiện tượng vật lý khác như cơ, nhiệt, quang… hiện tượng điện từ
được phát hiện chậm hơn vì các giác quan của con người khơng cảm nhận trực
tiếp được hiện tượng này. Tuy nhiên việc khám phá ra hiện tượng điện từ đã thúc
đẩy mạnh mẽ cuộc cách mạng khoa học và kỹ thuật chuyển sang lĩnh vực điện khí
hóa, tự động hóa.
Điện năng có ưu điểm nổi bật là có thể sản xuất tập trung với nguồn cơng
suất lớn, có thể truyền tải đi xa và phân phối đến nơi tiêu thụ với tổn hao tương
đối nhỏ. Điện năng dễ dàng biến đổi thành các dạng năng lượng khác. Mặt khác
quá trình biến đổi năng lượng và tín hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa và điều
khiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân tay và cả lao động trí óc của con
người.
2. Các mơ hình tốn trong mạch điện.
2.1. Mơ hình tốn học của q trình.
a. Mơ hình tốn học của quá trình.
Muốn sử dụng, khống chế, cải tạo vật thể vật lý kỹ thuật về một loại quá

trình nào đó ví dụ q trình điện từ, nhiệt, cơ… một điều kiện cơ bản là phải nhận
thức được tốt về loại q trình đó.
Mơ hình tốn học là cách mơ tả một loại q trình bằng các mơn tốn học.
Có thể xây dựng mơ hình tốn học theo cách: định nghĩa các biến trạng thái do
quá trình, tìm ra một nhóm đủ hiện tượng cơ bản, mơ tả bằng tốn học cơ chế các
hiện tượng đó và cách hợp thành những q trình khác.
Theo các mơ hình tốn học của q trình có thể xếp các vật thể thành
trường, mơi trường hay hệ thống. Mạch điện là một hệ thống trong đó thể hiện các
dịng truyền đạt, lưu thơng của năng lượng hay tín hiệu.

Mơ hình tốn học thường được dùng để mơ tả q trình điện từ trong thiết
bị điện là mơ hình mạch Kirchooff và mơ hình mạch truyền đạt.
b. Ý nghĩa của mơ hình tốn học.
Về nhận thức, xây dựng tốt các mơ hình tốn học cho các q trình của vật
thể giúp ta hiểu được đúng đắn về vật thể ấy.
Về thực tiễn cơng tác, một mơ hình tốn học tốt sẽ là một cơ sở lý luận tốt
dùng vào việc xét, sử dụng, khống chế một loại quá trình của một vật thể.
Về mặt lý luận ngày nay mô hình tốn học khơng những là cơ sở lý luận mà
còn là nội dung và đối tượng của một lý thuyết.
2.2. Các xây dựng mơ hình tốn học.
a. Cách nhận thức một loại hiện tượng.
Ta sẽ gọi quá trình là một sự diễn biến các hoạt động của một vật thể vật lý
– kỹ thuật – kinh tế trong thời gian t và khơng gian (khơng gian hình học r và
khơng gian thơng số khác µ,… như nhiệt độ, áp suất, giá cả…).
Muốn có khái niệm về tổ chức và cơ chế hoạt động của vật thể phải quan
sát những q trình cụ thể của nó. Nhưng trong vơ số hồn cảnh cụ thể, vật thể lại
có vơ số q trình khác nhau, về ngun tắc khơng thể quan sát hết được. Vì vậy

từ một số hữu hạn quá trình lý tưởng thể hiện những đặc điểm và quy luật của vật
thể. Ta gọi đó là những hiện tượng.
Về nguyên tắc có rất nhiều hiện tượng, ví dụ trong thiết bị điện có hiện
tượng tiêu tán, tích phóng năng lượng điện từ, hiện tượng tạo sóng, phát sóng,
khuếch đại, chỉnh lưu điều chế… nhưng thực tế cho thấy thường tồn tại một nhóm
đủ hiện tượng cơ bản. Đó là một hiện tượng từ đó hợp thành mọi hiện tượng khác.
b. Cách lập mơ hình tốn học cho một loại q trình.
Từ cách nhận thức các quá trình ta suy ra một cách xây dựng mơ hình tốn
học cho các q trình như sau:
Chọn và định nghĩa những biến trạng thái. Đó thường là hàm hay vecto
phân bố trong thời gian và các khơng gian. Ví dụ để đo q trình điện từ ta định
nghĩa các vecto cường độ từ trường, điện trường.
Quan sát các q trình và phân tích tìm ra một nhóm đủ hiện tượng cơ bản.
Mơ tả tốn học cơ chế các hiện tượng cơ bản. Thông thường ta mơ tả chúng
bằng những phương trình liên hệ các biến trạng thái, ta gọi đó là những phương
trình trạng thái cơ bản.
Mơ tả việc hợp thành các q trình cụ thể, bằng cách kết hợp những
phương trình trạng thái cơ bản trong một phương trình cân bằng hoặc một hệ
phương trình trạng thái.
Kiểm nghiệm lại mơ hình trong thực tiễn hoạt động của vật thể.
2.3. Hai loại mơ hình toán học.

Theo cách phân bố không gian, thời gian của biến trạng thái có thể xếp các
mơ hình tốn học thành hao loại là mơ hình hệ thống và mơ hình trường.
– Một loại mơ hình có q trình đo bởi một số hữu hạn biến trạng thái chỉ
phân bộ trong thời gian mà không phân bố trong không gian.
Về tương tác, các biến chỉ quan hệ nhân quả trước sau trong thời gian:

trạng thái ở t chịu ảnh hưởng những trạng thái trước t, cho đến một khởi đầu t 0
nào đó.
Về tốn học q trình như vậy được mơ tả bằng một hệ phương trình vi
phân, tích phân hoặc đại số trong thời gian, ứng với một bài toán có điều kiện đầu.
Ta quy ước gọi vật thể mà q trình hoạt động được mơ tả bằng một mơ
hình thuần túy là hệ thống và mơ hình của chúng là mơ hình hệ thống.
Trong thực tế rất hay gặp những hệ thống mà q trình ngồi dạng biến
thiên theo thời gian cịn gắn với một sự lưu thơng (chảy, truyền đạt) các trạng thái
giữ những bộ phận hệ thống. Ví dụ trong các thiết bị động lực có sự truyền đạt
năng lượng, có các dịng điện chảy, trong các hệ thống thông tin – đo lường –
điều khiển, hoặc hệ thống rơle có sự truyền đạt tín hiệu, trong các hệ thống máy
tính có sự truyền đạt những con số … Ta gọi chung những hệ thống ấy là mạch
(circuit): mạch năng lượng, mạch truyền tin, mạch điều khiển, mạch tính tốn… và
gọi mơ hình của chúng là mơ hình mạch, một dạng riêng nhưng rất phổ biến của
mơ hình hệ thống.
Cụ thể mạch điện là một hệ thiết bị điện trong đó ta xét q trình truyền
đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ, đo bởi một số hữu hạn biến dịng,
áp, từ thơng, điện tích… chỉ phân bố trong thời gian.
– Một loại mơ hình khác trong quá trình được coi là đo bởi một số hữu hạn
biến x(r,…,t) phân bố trong không gian và thời gian hoặc một cách hình thức đo
bởi một tập không đếm được biến trạng thái thời gian ứng với vơ số điểm khơng
gian.
Về tương tác ngồi quan hệ nhân quả trước sau ở đây còn thêm quan hệ
nhân quả trong không gian: trạng thái ở một điểm không gian còn chịu ảnh hưởng
của những trạng thái ở lân cận điểm đó, cho đến một bờ S0 nào đó.
Về tốn học những q trình ấy thường mơ tả bằng một hệ phương trình
đạo hàm riêng trong thời gian và khơng gian, ứng với một bài tốn có điều kiện
đầu và điều kiện bờ.
Ta gọi những vật thể mà quá trình hoạt động như trên gọi là trường (hoặc môi
trường) và gọi mơ hình của chúng là mơ hình trường.

Khi xét một loại q trình, tùy cách nhìn nhận có thể dùng trường hoặc mơ
hình trường hoặc mơ hình hệ thống, coi vật là trường hoặc hệ thống hay mạch.

Vấn đề làm sao cho các mơ hình phù hợp với thực tế khách quan với mức độ cần
thiết.
2.4. Mô hình hệ thống, mơ hình mạch.
– Thứ nhất, mơ hình hệ thống là hệ phương trình xác định riêng trong thời
gian, mơ tả quy luật một loại q trình của hệ thống.
a) Mơ hình mạch truyền đạt hay truyền tin: loại này ứng với những phương
trình vi phân hoặc vi tích phân có phép tính là các phép tốn tử T.
b) Mơ hình mạch lơgic: loại này ứng với những hệ phương trình đại số
loogic với phép tác động lên biến là những quan hệ hàm lơgic L. Đó là phép làm
ứng với hai giá trị 0,1 của biến x với một trong hai giá trị 0,1 của biến y biểu diễn
tín hiệu từ x sang y.
c) Mơ hình mạng vận trù: loại này ứng với những hệ phương trình phiếm
hàm có phép tác động lên biến là phép phiếm hàm F. Đó là cách làm ứng một
hàm x(t) với một số a[x(t)] để đánh gia q trình x(t).
d) Mơ hình mạch năng động lượng hay mơ hình mạch Kirchooff: loại này
cũng ứng với những hệ phương trình vi phân hay đại số như loại (a).Ở đây quá
trình đo bởi những cặp biến x k(t), yk(t) với xk yk là năng lượng hay động động
lượng thường thỏa mãn những luật bảo tồn và liên tục. Trong hệ thống có sự
truyền đạt năng lượng giữa các bộ phận.
– Thứ hai, mô hình hệ thống cịn là những sơ đồ hệ thống hay sơ đồ mạch
mơ tả các q trình xét.
Đó là vì ở các hệ thống và mạch các biến trạng thái khơng phân bố trong
khơng gian, nên có thể dành hình học để lập những cách mơ tả tốn học về q
trình xét.

Ta sẽ gọi chung những cách mơ tả hình học ấy là sơ đồ của quá trình. Cụ
thể đó là những graph, những hình chắp nối các ký hiệu hình học, dùng để mơ tả
theo một cách nào đó sự phân bố các biến, các phép tính lên biến, quan hệ giữa
các biến và hệ phương trình trạng thái của quá trình. Vì vậy trong các lý thuyết hệ
thống và lý thuyết mạch một sơ đồ đồng nhất với một hệ phương trình trạng thái.
Mặt khác sơ đồ cịn thường dùng mơ tả cấu trúc chắp nối các bộ phận của
vật thể xét. Về mặt này sơ đồ cịn mơ tả rõ hơn hệ phương trình. Chình vì vậy
theo thói quen người ta thường hiểu sơ đồ theo nghĩa mô tả cấu trúc vật thể hơn là
theo nghĩa mơ hình tốn học, tất nhiên cách hiểu đó khơng đầy đủ.
Ứng với 4 loại mơ hình hệ thống có thể xếp các sơ đồ vào 4 loại: sơ đồ
mạch truyền đạt, sơ đồ mạch lôgic, sơ đồ mạng vận trù và sơ đồ mạch Kirchooff.
– Trong kỹ thuật có thể chế tạo những linh kiện hoạt động giống các phần
tử sơ đồ, do đó khi lắp ghép lại có thể được một hệ thống linh kiện hoạt động

giống hệt một sơ đồ. Hệ thống đó đã mơ phỏng tương tự một sơ đồ mạch và do đó
mơ phỏng tương tự quá trình xét.

CHƯƠNG 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
Mã chương: MH08 – 01
Giới thiệu:
Ở chương này ta sẽ làm quen với các khái niệm về mạch điện, và các phép
biến đổi tương đương nhằm đưa mạch điện về dạng đơn giản.
Mục tiêu:

– Phân tích được nhiệm vụ, vai trị của các phần tử cấu thành mạch điện như:
nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt…
– Giải thích được cách xây dựng mơ hình mạch điện, các phần tử chính trong
mạch điện. Phân biệt được phần tử lý tưởng và phần tử thực.
– Phân tích và giải thích được các khái niệm cơ bản trong mạch điện, hiểu và
vận dụng được các biểu thức tính tốn cơ bản.
Nội dung chính:
– Mạch điện và mơ hình.
– Các khái niệm cơ bản trong mạch điện.
– Các phép biến đổi tương đương.
1. Mạch điện và mơ hình.
Mục tiêu:
– Phân tích được nhiệm vụ, vai trò của các phần tử cấu thành mạch điện
như: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường, đóng cắt…
– Giải thích được các hiện tượng điện từ xảy ra trong mạch điện.
– Nhận biết được các thiết bị và sử dụng được dụng cụ đo trong mạch điện.
1.1. Mạch điện.
Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện (nguồn, tải, dây dẫn…) được nối lại
với nhau bằng các dây dẫn tạo thành những mạch vịng kín, trong đó dịng điện có
thể chạy qua.
Mạch điện thường gồm các thành phần sau: nguồn điện, phụ tải, dây dẫn.
a. Nguồn điện: là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn điện là
thiết bị biến đổi các dạng năng lượng khác ( như cơ năng, quang năng, nhiệt
năng…) thành điện năng.
Ví dụ: Pin, ăcquy 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 mặt trời thành điện năng.
b. Phụ tải (tải): là 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 điện năng thành cơ năng.
Bàn là, bếp điện biến điện năng thành nhiệt năng.
Bóng điện biến điện năng thành quang năng….
c. Dây dẫn: có nhiệm vụ truyền tải điện năng (từ nguồn tới phụ tải tiêu thụ)
và dùng để nối các thành phần của mạch điện.
Ngoài 3 yếu tố chính trong mạch điện cịn có các thiết bị phụ trợ khác để:
Đóng cắt và điều khiển mạch điện như cầu dao, aptomat, côngtăc…
Đo lường các đại lượng của mạch điện như ampe kế, vơn kế, ốt kế..
Bảo vệ mạch điện như cầu chì, rơle, aptơmát…
1.2. Các hiện tượng điện từ.
Các hiện tượng điện từ có rất nhiều dạng như: hiện tượng chỉnh lưu, tách
sóng, tạo hàm, tạo sóng, biến áp, khuếch đại…
Tuy nhiên nếu xét theo quan điểm năng lượng thì q trình điện từ trong
mạch điện có thể quy về hai hiện tượng năng lượng cơ bản là hiện tượng biến đổi
năng lượng và hiện tượng tích phóng năng lượng điện từ.
1.2.1. Hiện tượng biến đổi năng lượng.
HiÖn tợng biến đổi năng lợng gm hai loi:
Hin tng ngun: là hiện tượng biến đổi các dạng năng lượng như cơ
năng, hoá năng… thành năng lượng điện từ.
Hiện tượng tiêu tán: là hiện tượng biến đổi năng lượng điện từ thành các
dạng năng lượng khác như nhiệt, cơ, quang, hoá năng… tiêu tán đi khơng hồn
trở lại trong mạch nữa.
1.2.2. Hiện tượng tích phóng năng lượng.
Hiện tượng tích phóng năng lượng điện từ là hiện tượng mà năng lượng
điện từ được tích phóng vào một vùng khơng gian có tồn tại trường điện từ hoặc
đưa từ vùng đó trở lại bên ngồi.
Để thuận tiện cho q trình nghiên cứu, người ta coi sự tồn tại của một

trường điện từ thống nhất gồm 2 mặt thể hiện là điện trường và từ trường.
Vì vậy hiện tượng tích phóng năng lượng điện từ gồm hiện tượng tích phóng
năng lượng trong điện trường và hiện tượng tích phóng năng lượng trong từ
trường.
Dịng điện và trường điện từ có liên quan chặt chẽ với nhau nên trong bất kì
thiết bị nào cũng đều xảy ra cả 2 hiện tượng: biến đổi và tích phóng năng lượng.
Nhưng có thể trong một thiết bị thì hiện tượng năng lượng này xảy ra rất mạch
hơn hiện tượng năng lượng kia. Ví dụ: ta xét các phần tử là điện trở thực, tụ điện,
cuộn dây, ắcquy.
Trong điện trở thực: chủ yếu xảy ra hiện tượng tiêu tán biến đổi năng
lượng trường điện từ thành nhiệt năng. Nếu trường điện từ biến thiên không lớn

lắm có thể bỏ qua dịng điện dịch (giữa các vòng dây quấn hoặc giữa các lớp điện
trở) so với dòng điện dẫn và bỏ qua sức điện động cảm ứng so với sụt áp trên điện
trở, nói cách khác bỏ qua hiện tượng tích phóng năng lượng tích phóng năng
lượng điện từ.
Trong tụ điện chủ yếu là: hiện tượng tích phóng năng lượng điện trường.
Ngồi ra do điện mơi giữa 2 cốt tụ có độ dẫn điện hữu hạn nào đó nên trong tụ
cũng xảy ra hiện tượng tiêu tán biến đổi điện năng thành nhiệt năng.
Trong cuộn dây chủ yếu là: hiện tượng tích phóng năng lượng từ trường.
Ngồi ra dịng điện cũng gây ra tổn hao nhiệt trong dây dẫn của cuộn dây nên
trong cuộn dây cũng xảy ra hiện tượng tiêu tán. Trong cuộn dây còn xảy ra hiện
tượng tích phóng năng lượng điện trường nhưng thương rất yếu và có thể bỏ qua
nếu tần số làm việc không lớn lắm.
Trong ăcquy là: xảy ra hiện tượng nguồn biến đổi từ hoá năng sang điện
năng, đồng thời cũng xảy ra hiện tượng tiêu tán biến đổi t in nng thnh nhit
nng.

1.3. Mô hình mạch điện.
Mch in gồm nhiều phần tử, khi làm việc nhiều hiện tượng điện từ xảy ra
trong các phần tử. Khi tính tốn người ta thay thế mạch điện thực bằng mơ hình
mạch điện.
Mơ hình mạch điện là sơ đồ thay thế mạch điện thực, trong đó q trình
năng lượng điện từ và kết cấu hình học giống như mạch thực.
Mơ hình mạch điện gồm nhiều phần tử lý tưởng đặc trưng cho quá trình
điện từ trong mạch và được ghép nối với nhau tuỳ theo kết cấu của mạch
Sau đây ta sẽ xét các phần tử lý tưởng của mơ hình mạch điện.
1.3.1. Phần tử điện trở.
Đặc trưng cho vật dẫn về mặt cản trở dòng điện.
Về năng lượng, điện trở R đặc trưng cho quá trình biến đổi và tiêu thụ điện
năng thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, quang năng, nhiệt năng…
Kí hiệu:
R
Hình 1.1. Kí hiệu điện trở.
Đơn vị của điện trở là  (ôm), 1 k = 103 .
Cho dòng điện i chạy qua điện trở R gây ra sụt áp trên điện trở là u R. Theo
định luật Ơm quan hệ giữa dịng điện i và điện áp uR là: uR = i.R
Công suất tiêu thụ trên điện trở p = uR.i = i2.R
Như vậy điện trở R đặc trưng cho công suất tiêu tán trên điện trở.
Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng thời gian t là

khi i = const có A = i2Rt

Xem thêm: Tuyển Thợ Điện Lạnh – Nhân Viên Kỹ Thuật Tại TPHCM

Đơn vị của điện năng là Wh (ốt giờ), bội số của nó là kWh.
Điện dẫn G: Đặc trưng cho cho vật dẫn về mặt dẫn điện, là đại lượng
nghịch đảo của điện tr.
n v: S (Simen).
1.3.2. Phần tử điện cảm.
in cm L đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng từ trường của
cuộn dây.
L
Kí hiệu:
Hình 1.2. Kí hiệu điện cảm.
Đơn vị của điện cảm là H (Henry).
1 mH = 10-3 H, 1 H = 10-6 H, 1 MH = 106 H
Khi có dịng điện i chạy qua cuộn dây có w vịng dây, sẽ sinh ra từ thơng
móc vịng qua cuộn dây  = w.
Điện cảm của cuộn dây được định nghĩa là L =
Nếu dịng điện i biến thiên thì từ thông cũng biến thiên và theo định luật
cảm ứng điện từ trong cuộn dây xuất hiện sức điện động tự cảm
eL = Điện áp trên cuộn dây: uL = – eL =
Công suất trên cuộn dây: pL = uL.i = i.
Năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn dây: W =
1.3.3. Phần tử điện dung.
Điện dung C đặc trưng cho hiện tượng tích luỹ năng lượng điện trường
trong tụ điện.
C
Kí hiệu:
Hình 1.3. Kí hiệu điện dung.
Đơn vị của điện dung là Fara (F).
Khi đặt điện áp uC lên tụ điện có điện dung C thì tụ điện sẽ được nạp điện
với điện tích q:
q = C.uC

Nếu điện áp uC biến thiên sẽ có dịng điện chuyển dịch qua tụ điện

từ đó suy ra uC =

Nếu tại thời điểm t = 0 mà tụ điện đã có điện tích ban đầu thì điện áp trên tụ
điện là:

uC =

Cơng suất trên tụ điện:
Năng lượng tích luỹ trong điện trường của tụ điện.

1.3.4. Phần tử nguồn.
a) Nguồn điện áp u (t).
Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo lên và duy trì một điện áp trên
hai cực của nguồn.
+
Kí hiệu:
e(t)

u(t)

Hình 1.4. Kí hiệu nguồn điện áp.
Nguồn điện áp cịn được biểu diễn bằng sức điện động e(t).
Điện áp đầu cực u(t) sẽ bằng sức điện động :u(t) = e(t).

Chiều e(t) từ điểm điện thế thấp đến điểm điện thế cao.
Chiều u(t) từ điểm điện thế cao đến điểm điện thế thấp, vì thế chiều điện áp
đầu cực nguồn ngược với chiều sức điện động.
Đơn vị : V(vơl).
b) Nguồn dịng điện j (t).
Để tạo ra điện áp đặt vào mạch điện, người ta dùng các nguồn điện. Ví dụ:
pin, acquy cung cấp các điện áp không đổi (theo thời gian), các máy phát điện
xoay chiều cung cấp điện áp hình sin có tần số f = 50 Hz dùng trong công nghiệp
và sinh hoạt.
Nguồn dòng điện đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo lên và duy trì
một dịng điện cung cấp cho mạch ngồi.
Kí hiệu: bằng một vịng trịn với mũi tên kép.

j(t)

Hình 1.5. Kí hiệu nguồn dịng điện.
Đơn vị: A(ampe).
1.3.5. PhÇn tư thËt.
Một phần tử thực của mạch điện có thể được mơ hình gần đúng với một
hay tập hợp nhiều phần tử lý tưởng được ghép nối với nhau để mơ tả gần đúng
hoạt động của phần tử thực tế.
Ví dụ:
CR
CL
RC
R

Hình a)
Hình b)
Hình c)
Hình 1.6. Kí hiệu phần tử thực của điện trở, cuộn dây và tụ điện.
Hình a) là mơ hình của điện trở thực ở tần số cao (cần lưu ý đến tham số
LR, CR mà đa số các trường hợp có thể bỏ qua.)
Hình b) là mơ hình của cuộn dây, ngồi phần tử điện cảm L, cần lưu ý đến
điện trở RL là tổn hao trong cuộn dây và trong lõi ở tần số cao còn phải kể đến ảnh
hưởng của điện dung ký sinh CL giữa các vịng dây.
Hình c) là mơ hình của tụ điện ngồi điện dung C cịn kể đến điện trở RC là
tổn hao trong điện môi ở tần số cao thì phải lưu ý đến điện cảm LC của dây nối.
2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện.
Mục tiêu:
– Trình bày được khái niệm về dịng điện và mật độ dịng điện.
– Trình bày được khái niệm điện áp.
– Trình bày được khái niệm và biểu thức cơng suất và điện năng.
2.1. Dòng điện và chiều qui ước của dòng điện.
Khi đặt vật dẫn trong điện trường (điện trường là khoảng khơng gian bao
quanh một điện tích mà ở đó có lực tác dụng của lực điện tích lên các điện tích
khác) dưới tác dụng của lực điện trường các điện tích dương sẽ di chuyển từ nơi

có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn, cịn các điện tích âm thì di chuyển
ngược lại tạo thành dòng điện.

Vậy: Dịng điện là dịng các điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng
của lực điện trường.
Quy ước: Chiều dịng điện là chiều di chuyển của các điện tích dương (đó
cũng là chiều của điện trường)
Trong kim loại: dịng điện là dịng các điện tử chuyển dời có hướng vì điện
tử di chuyển từ nơi có điện thế thấp đến nơi có điện thế cao hơn nên chiều dịng
điện tử ngược với chiều quy ước của dòng điện.
Trong dung dịch điện ly: dòng điện là dòng các ion chuyển dời có hướng.
Bao gồm 2 dịng ngược chiều nhau là: dòng ion dương cùng chiều quy ước (chiều
điện trường), dòng ion âm ngược chiều quy ước. Như vậy các ion dương sẽ di
chuyển từ anôt (cực +) về catốt (cực -) nên được gọi là các cation, còn các ion âm
di chuyển từ catốt (cực -) về anôt (cực +) nên được gọi là các anion.
Trong mơi trường chất khí bị ion hố: dịng điện là dịng các ion và điện tử
chuyển dời có hướng. Bao gồm dịng các ion dương đi theo chiều của điện trương
từ anôt (cực +) về catốt (cực), còn các ion âm và điện tử đi ngược chiều diên
trường từ catốt (cực -) về anơt (cực +).
2.2. Cường độ dịng điện.
Đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện gọi là cường độ dịng điện
( gọi tắt là dịng điện ), kí hiệu: I.
Cường độ dịng điện là lượng điện tích qua tiết diện thẳng của dây dẫn
trong một đơn vị thời gian.
Trong đó:

q: điện tích (C)

t: thời gian (s)
I: cường độ dịng điện (A)
Ampe là cường độ của dòng điện cứ một giây thì có một culơng chuyển qua
tiết điện thẳng của dây dẫn.
1kA=103A,
1mA=10-3A,
1A=10-6A
Nếu điện tích di chuyển qua dây dẫn khơng đều theo thời gian sẽ tạo ra
dịng điện có cường độ thay đổi (ký hiệu là i). Giả sử trong thời gian rất nhỏ dt, có
lượng điện tích dq qua tiết điện dây thì cường độ dịng điện

Khi điện tích di chuyển theo một hướng nhất định với tốc độ khơng đối sẽ
tạo thành dịng điện một chiều (hay dịng điện khơng đổi). Vậy dịng điện một
chiều là dịng điện có chiều và trị số khơng đổi theo thời gian. Đồ thị của nó là
một đường thẳng song song với trục thời gian.

Nếu dịng điện có trị số hoặc chiều biến đổi theo thời gian được gọi là dòng
điện biến đổi. Dòng điện biến đổi có thể là dịng điện khơng chu kỳ hoặc dịng
điện có chu kỳ.
Ví dụ: dịng điện tắt dần đó là dịng điện khơng chu kỳ.
Dịng điện có chu kỳ là dịng điện biến đổi tuần hồn nghĩa là cứ sau một
khoảng thời gian nhất định nó lặp lại trị số và dạng biến thiên như cũ. Trong các
dịng điện có chu kỳ thì quan trọng nhất là dịng điện xoay chiều hình sin.
2.3. Mật độ dịng điện.
Khi cường độ dịng điện qua một đơn vị diện tích được gọi là mật độ dịng

điện, kí hiệu là  (denta).
Trong đó:

I: cường độ dịng điện (A)
S: diện tích tiết điện dây (m2)
 : mật độ dòng điện (A/m2 ), (A/cm2 ), (A/mm2 )
Cường độ dòng điện dọc theo một đoạn dây dẫn là như nhau ở mọi tiết diện
nên ở chỗ nào tiết diện dây nhỏ, mật độ dòng điện sẽ là lớn và ngược lại.
Ví dụ 1.1: dây dẫn có tiết diện 95mm2 dịng điện I= 200A qua. Tính mật độ
dịng điện.
Giải: Mật độ dịng điện là:

(A/mm2 )

3. Các phép biến đổi tương đương.
Mục tiêu:
– Trình bày được phép biến đổi tương đương các nguồn điện.
– Trình bày được phép biến đổi tương đương các điện trở.
– Lắp ráp và đo đạc được các thông số của mạch điện một chiều.
Trong thực tế đôi khi ta cần làm đơn giản một phần mạch phức tạp thành
một phần mạch tương đương đơn giản hơn. Việc biến đổi mạch tương đương
thường được làm để cho mạch mới có ít phần tử, ít số nút, ít số vịng và ít số
nhánh hơn mạch trước đó, do đó làm giảm đi số phương trình phải giải.
Mạch tương đương được định nghĩa như sau: “Hai phần mạch được gọi là
tương đương nếu quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên các cực của 2 phần mạch
là như nhau”.
Một phép biến đổi tương đương sẽ khơng làm thay đổi dịng điện và điện
áp trên các nhánh ở các phần của sơ đồ không tham gia vào phép biến đổi. Sau
đây là một số phép biến đổi tương đương thông dụng:
3.1. Nguồn áp mắc nối tiếp.

Nguồn áp mắc nối tiếp sẽ tương đương với một nguồn áp duy nhất có trị số
bằng tổng đại số các sức điện động.
e1
e2
e3
etd

(k=1…n)
Ví dụ: etd = e1 + e2 – e3
Hình 1.7. Các nguồn áp mắc nối tiếp.
3.2. Nguồn dòng mắc song song.
Nguồn dòng mắc song song sẽ tương đương với một nguồn dịng duy nhất
có trị số bằng tổng đại số các nguồn dịng .
(k=1…n)
j1
j2
j3
jtd
Ví dụ: jtd = j1 + j2 – j3
Hình 1.8. Các nguồn dịng mắc song song.
3.3. Điện trở mắc nối tiếp, song song.
3.3.1. Điện trở mắc nối tiếp.
Mắc nối tiếp các điện trở là mắc đầu điện trở này với cuối điện trở kia, sao
cho chỉ có duy nhất một dòng điện đi qua các điện trở.
R1
R2
Rn

Ta có:
I1 = I2 = … = In = I
U = U1 + U2 + … + Un
Rtd
Rtd =R1 + R2 + … + RN
Nếu R1 = R2 = … = RN = R thì Rtd =n.R
Hình 1.9. Các điện trở mắc nối tiếp.
3.3.2. Điện trở mắc song song.
Mắc các điện trở là mắc đầu các điện trở vối nhau, cuối các điện trở với
nhau, sao cho các điện trở được đặt vào cùng một điện áp.
Ta có:
U1 = U2 = … = Un = U
I = I1 + I2 + … + In
R1

Rtd

Nếu R1 = R2 = … = RN = R thì
Hình 1.10. Các điện trở mắc song song.
3.4. Biến đổi  – Y và Y – .
1

1
Hỡnh 1.11. Các điện trở mắc hình sao – tam giác.

Biến đổi   Y

Biến đổi Y 
R1 
R3
3

R31

R2
2

R12

2
R23

Nếu R1 = R2 = R3 =RY thì R∆ = 3.RY

Nếu R12 = R23 =R31 =R∆ thì

3.5. Biến đổi nguồn tương tương.
Một nguồn áp ghép nối tiếp với một điện trở sẽ tương đương với một nguồn
dòng ghép song song với một điện trở đó và ngược lại.

a
e

i
i1
R

Hình 1.12. Biến đổi nguồn tương đương.
a) u=e- i.R (1)

b) j = i + i1 với

 U= Rj – Ri (2)

So sánh (1) và (2) ta thấy 2 mạch sẽ tương đương nếu e = Rj 
Ví dụ 1.2
Tính dịng điện I chạy qua nguồn của mạch cầu hình 1.9, biết
R1 = 12, R3 = R2 = 6, R4 = 21, R0 = 18, E = 240V, Rn = 2 (hình 1.9)
Giải:

Hình 1.13. Mạch điện ví dụ.

Hình 1.14. Biến đổi   Y

Biến đổi tam giác ABC (R1, R2, R0) thành sao RA, RB, RC (hình 1.31)
RA =
RB =

RC =
Điện trở tương đương ROD của 2 nhánh song song:
ROD =
Điện trở tương đương toàn mạch:

Rtđ = Rn + RA + ROD = 2+2+8 = 12

THỰC HÀNH CHƯƠNG 1 TẠI XƯỞNG
Nội dung:
Hướng dẫn sử dụng các thiết bị và dụng cụ đo.
Lắp ráp, kiểm tra, đo đạc các thông số của mạch điện.
Hình thức tổ chức thực hiện:
Được tổ chức thực hành tại xưởng thực tập.

Sinh viên quan sát thao tác mẫu của giáo viên.
Thực tập theo nhóm từ 2 đến 4 sinh viên.
1. Giới thiệu một số dụng cụ đo, thiết bị, an toàn điện.
Các thiết bị và dụng cụ.
Bao gồm: đồng hồ vạn năng chỉ thị số, ampe kìm AC & DC, 1.2.1. Đồng
hồ vạn năng chỉ thị số.
Dùng để đo điện áp AC-DC, dòng điện AC-DC, điện trở, đo tần số, đo
thơng mạch.

Hình 1.15. Đồng hồ vạn năng.
1.2.2. Ampe kìm AC & DC.
Dùng để đo điện áp AC-DC, dịng điện AC-DC, điện trở.

Hình 1.16. Ampe kìm.

2. Thực hành về phép biến đổi tương đương của mạch điện.
* Vật tư, thiết bị:

STT
1
3
4

Vật tư, thiết bị
Ơm kế hoặc VOM
Điện trở có trị số thay đổi 0 ¸ 200 
Dây nối

Số lượng
03
03

a. Sơ đồ:
R1
R2

Hình 1.17. Mắc điện trở song song

Hình 1.18. Mắc điện trở nối

tiếp
b. Các bước thực hiện:
Bước 1: Kiểm tra thiết bị.
Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ.
Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ.
Bước 4: Tiến hành đo đạc và tính tốn. Ghi vào bảng kết quả:
Thứ tự

R
R/2
2R/3
R/3

Thứ tự
R
R/2
2R/3
R/3

Kết quả đo
Rnt

Kết quả tính
Rnt

Kết quả đo
R//

Kết quả tính
R//

Chơng 2: Mạch điện một chiều
Mó chng: MH08 – 02
Gii thiệu:
Chương này giới thiệu các định luật cơ bản và quan trọng của mạch điện

một chiều cũng như mạch xoay chiều. Nắm vững các phương pháp giải mạch
điện một chiều ta sẽ giải được mạch xoay chiều.
Mục tiêu:
– Trình bày, giải thích và vận dụng linh hoạt các biểu thức tính tốn trong
mạch điện một chiều (dịng điện, điện áp, cơng suất, điện năng, nhiệt lượng…).
– Tính tốn các thơng số (điện trở, dịng điện, điện áp, cơng suất, điện năng,
nhiệt lượng) của mạch một nguồn, nhiều nguồn từ đơn giản đến phức tạp.
– Phân tích sơ đồ và chọn phương pháp giải mạch hợp lý.
– Lắp ráp, đo đạc các thông số của mạch điện một chiều theo yêu cầu.
Nội dung chính:
1. Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều.
1.1. Định luật Ohm.
Định luật Ohm do nhà bác học G.Ohm người Đức tìm ra bằng thực nghiệm
ở nửa đầu thế kỷ 19, là một trong những định luật cơ bản của mạch điện.
Với đoạn mạch.
I: Cường độ dòng điện (A)
U: Điện áp (V)
R: Điện trở ()
Với toàn mạch:
E: Sức điện động (V)
Định luật Ohm nêu mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở mạch điện
không phân nhánh. Đối với mạch điện phân nhánh, quan hệ giữa các dòng điện
và điện áp sẽ phức tạp hơn rất nhiều.
1.2. Công suất và điện năng trong mạch một chiều.
a. Cơng suất.
I A
r0
R
E

Hình 2.1. Nguồn điện nối với tải.

Nối nguồn điện F có sức điện động E và điện trở trong r 0 với một tải điện
trở. Dưới tác dụng của lực trường ngoài của nguồn điện, các điện tích liên tục
chuyển động qua nguồn và mạch ngồi tạo thành dịng điện I. Cơng của trường
ngồi cũng là cơng của nguồn để di chuyển một điện tích q qua nguồn là:
Af =E.q mà q=I.t thay vào ta có Af =E.I.t
Theo định luật bảo tồn năng lượng thì cơng của nguồn sẽ biến đổi thành
các dạng năng lượng khác ở phần tử của mạch, cụ thể là ở tải R và ở chính điện
trở trong r0 của nguồn.
Gọi điện áp trên tải (giữa hai cực AB) là U = V A – VB năng lượng do điện
tích q thực hiện khi qua đoạn mạch AB sẽ là: A=U.q=U.I.t
Còn một phần năng lượng sẽ tiêu tán bên trong nguồn dưới dạng nhiệt:
∆A0 = Af – A=(E-U)It=∆U0 It
Hiệu giữa sức điện động với điện áp trên hai cực của nó gọi là sụt áp bên
trong nguồn, ký hiệu ∆U0 = E-U
Từ đó ta có phương trình cân bằng sức điện động trong mạch: E=U+∆U0
Vậy sức điện động của nguồn bằng tổng điện áp trên hai cực nguồn với sụt
áp bên trong nguồn.
Sụt áp trong nguồn, theo định luật Ôm, tỷ lệ với dòng điện qua nguồn: ∆U0 =r0 I
ở đây hệ số tỷ lệ r0 chính là điện trở trong của nguồn.
Khi nguồn hở mạch I=0 thì ∆U0=0 từ đó E=U, sức điện động nguồn bằng
điện áp trên hai cực nguồn kkhi hở mạch. Vì thế có thể đo sức điện động bằng
vôn-mét mắc vào hai cực nguồn đang hở mạch (không tải).
Tỷ số giữa công A và thời gian thực hiện t gọi là công suất P:

Xem thêm: Tuyển gấp Thợ điện nước tại TPHCM | Thợ chống thấm

Như vậy công suất là tốc độ thực hiện cơng theo thời gian. Vì công đặc
trưng cho sự biến đổi năng lượng nên công suất là tốc độ biến đổi năng lượng
theo thời gian.
Nếu cơng thực hiện khơng đều theo thời gian thì tốc độ thực hiện công (tức
công suất) xác định như sau:
Xét trong thời gian vô cùng bé ∆t công thực hiện là ∆A thì:
Từ các định nghĩa trên ta có:
Cơng suất nguồn (gọi là công suất phát):
Công suất tải:
Công suất tổn hao trong nguồn:

Ta có phương trình cân bằng cơng suất (định luật bảo toàn năng lượng)
trong mạch điện: Pf = P + ∆P0
Trong hệ đơn vị SI, E và U tính ra vơn (V), I tính ra ampe (A), t tính ra giây
(s) thì đơn vị cơng là jun (J) và cơng suất ốt (W)
1W=

=1 vơn

1J=1W

s=1V

1 ampe = 1VA
As = 1VC

t là công suất của hệ thực hiện công một jun trong thời gian một giây.

Đối với mạch điện, ốt là cơng suất của dòng điện một ampe thực hiện trên một
đoạn mạch có điện áp một vơn.
Bội số của W là hW(hecto ốt), kW(kilo ốt), MW (mêga ốt) cịn ước số
là mW(mili oát).
1hW=102 W; 1kW=103 W; 1MW=103 kW = 106 W;
1mW=10-3 W;
b. Điện năng.
Để đo cơng của dịng điện tức là điện năng tiêu thụ người ta dùng máy đếm
điện năng hay cơng tơ điện. Điện năng tiêu thụ được tính ra Wh (ốt giờ), hWh
(hectơ ốt giờ), kWh (kilơ ốt giờ), MWh (mêga oát giờ), GWh (gega oát giờ),
TWh (tera oát giờ).
1Wh = 1

= 3600J

1hWh = 100 Wh = 360000J = 360 kJ
1kWh = 1000 Wh = 360000J = 3,6 MJ
1 MWh = 1000 kWh
1 GWh = 106 kWh
1 TWh = 109 kWh
Ở đây, 1kJ = 103 J, 1MJ = 106 J
Ví dụ 2.1: Mạch điện có điện áp U = 220V cung cấp cho tải dòng điện I = 3A
trong thời gian 3 giờ. Biết giá tiền điện là 1500 đ/kWh. Tính cơng suất của tải,
điện năng tiêu thụ và tiền điện phải trả.
Giải:
Công suất tải: P = U.I = 220.3 = 660 W
Điện năng tải tiêu thụ: A= P.t = 660.3 = 1980 Wh = 1,98 kWh
Tiền điện phải trả: 1500 đ. 19,8 = 2970 đ
1.3. Định luật Joule -Lenz (định luật và ứng dụng).
a. Định luật.

Dòng điện là dịng các điện tích chuyển dời có hướng. Khi chuyển động
trong vật dẫn, các điện tích va chạm với các phân tử, truyền bớt động năng, làm

2.2. Các giải pháp giải mạch một chiềuChương 3 : Dòng điện xoay chiều hình sin3. 1. Khái niệm về dịng điện xoay chiều3. 2. Giải mạch xoay chiêu không phân nhánh3. 3. Giải mạch xoay chiều phân nhánhChương 4 : Mạch ba pha4. 1. Khái niệm chung4. 2. Sơ đồ đấu dây trong mạch ba pha đối xứng4. 3. Công suất mạch ba phaTài liệu tham khảo11111618232329444454658484869199MƠN HỌC : MẠCH ĐIỆNMã mơn học : MH 08V ị trí, đặc thù, ý nghĩa và vai trị của mơn học : – Mơn học mạch điện được sắp xếp học sau những mơn học chung và học trước cácmôn học, mô đun trình độ nghề. – Là môn học kỹ thuật cơ sở. – Trang bị những kỹ năng và kiến thức và kỹ năng và kiến thức tính tốn cơ bản về mạch điện. Mục tiêu của môn học : – Phát biểu được những khái niệm, định luật, định lý cơ bản trong mạch điện mộtchiều, xoay chiều, mạch ba pha. – Tính tốn được những thơng số kỹ thuật trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha ở trạng thái xác lập và quá độ. – Vận dụng được những chiêu thức nghiên cứu và phân tích, đổi khác mạch để giải những bài tốnvề mạch điện hài hòa và hợp lý. – Giải thích được một số ít ứng dụng đặc trưng theo quan điểm của kỹ thuật điện. – Rèn luyện tính cận thận, tỉ mỉ trong tính tốn. Nội dung của môn học : Thời gian ( giờ ) SốTên chương, mụcTổng Lý Thực hànhKiểm tra * TTsố thuyết Bài tập ( LT hoặc TH ) Bài mở đầuI. Chương 1. Các khái niệm cơbản về mạch điện1. Mạch điện và mô hình2. Các khái niệm cơ bảntrong mạch điện3. Các phép biến hóa tươngđươngII. Chương 2. Mạch điện một2215chiều1. Các định luật và biểu thứccơ bản trong mạch một chiều2. Các giải pháp giải13mạch một chiềuIII Chương 3. Dịng điện xoay2515chiều hình sin1. Khái niệm về dịng điệnxoay chiều2. Giải mạch xoay chiềukhông phân nhánhIV3. Giải mạch xoay chiều phânnhánhChương 4. Mạch ba pha1. Khái niệm chung2. Sơ đồ đấu dây trong mạngba pha cân bằng3. Công suất mạng ba phacân bằng4. Phương pháp giải mạng bapha cân bằngCộng : 2075104525B ài khởi đầu : Khái quát chung về mạch điện1. Tổng quát về mạch điện. Mạch điện là môn học cơ sở kỹ thuật quan trọng trong q trình đào tạocơng nhân tay nghề cao, kỹ sư những ngành kỹ thuật như điện cơng nghiệp, tự độnghóa … Nó nhằm mục đích mục tiêu trang bị một cơ sở lý luận có hiệu lực thực thi hiện hành cho những ngành kỹthuật điện mà cịn hoàn toàn có thể vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác. Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng những hiện tượng kỳ lạ điện từ để biếnđổi nguồn năng lượng, đo lường và thống kê, điều khiển và tinh chỉnh, giải quyết và xử lý tín hiệu … gồm có việc tạo ra, biếnđổi và sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ trong những hoạt động giải trí trong thực tiễn của conngười. So với những hiện tượng kỳ lạ vật lý khác như cơ, nhiệt, quang … hiện tượng kỳ lạ điện từđược phát hiện chậm hơn vì những giác quan của con người khơng cảm nhận trựctiếp được hiện tượng kỳ lạ này. Tuy nhiên việc tò mò ra hiện tượng kỳ lạ điện từ đã thúcđẩy can đảm và mạnh mẽ cuộc cách mạng khoa học và kỹ thuật chuyển sang nghành nghề dịch vụ điện khíhóa, tự động hóa. Điện năng có ưu điểm điển hình nổi bật là hoàn toàn có thể sản xuất tập trung chuyên sâu với nguồn cơngsuất lớn, hoàn toàn có thể truyền tải đi xa và phân phối đến nơi tiêu thụ với tổn hao tươngđối nhỏ. Điện năng thuận tiện biến hóa thành những dạng nguồn năng lượng khác. Mặt khácquá trình đổi khác nguồn năng lượng và tín hiệu điện từ thuận tiện tự động hóa và điềukhiển từ xa, cho phép giải phóng lao động chân tay và cả lao động trí óc của conngười. 2. Các mơ hình tốn trong mạch điện. 2.1. Mơ hình tốn học của q trình. a. Mơ hình tốn học của quy trình. Muốn sử dụng, khống chế, cải tạo vật thể vật lý kỹ thuật về một loại quátrình nào đó ví dụ q trình điện từ, nhiệt, cơ … một điều kiện kèm theo cơ bản là phải nhậnthức được tốt về loại q trình đó. Mơ hình tốn học là cách mơ tả một loại q trình bằng những mơn tốn học. Có thể thiết kế xây dựng mơ hình tốn học theo cách : định nghĩa những biến trạng thái doquá trình, tìm ra một nhóm đủ hiện tượng kỳ lạ cơ bản, mơ tả bằng tốn học cơ chế cáchiện tượng đó và cách hợp thành những q trình khác. Theo những mơ hình tốn học của q trình hoàn toàn có thể xếp những vật thể thànhtrường, mơi trường hay mạng lưới hệ thống. Mạch điện là một mạng lưới hệ thống trong đó biểu lộ cácdịng truyền đạt, lưu thơng của nguồn năng lượng hay tín hiệu. Mơ hình tốn học thường được dùng để mơ tả q trình điện từ trong thiếtbị điện là mơ hình mạch Kirchooff và mơ hình mạch truyền đạt. b. Ý nghĩa của mơ hình tốn học. Về nhận thức, kiến thiết xây dựng tốt những mơ hình tốn học cho những q trình của vậtthể giúp ta hiểu được đúng đắn về vật thể ấy. Về thực tiễn cơng tác, một mơ hình tốn học tốt sẽ là một cơ sở lý luận tốtdùng vào việc xét, sử dụng, khống chế một loại quy trình của một vật thể. Về mặt lý luận ngày này quy mô tốn học khơng những là cơ sở lý luận màcòn là nội dung và đối tượng người tiêu dùng của một lý thuyết. 2.2. Các kiến thiết xây dựng mơ hình tốn học. a. Cách nhận thức một loại hiện tượng kỳ lạ. Ta sẽ gọi quy trình là một sự diễn biến những hoạt động giải trí của một vật thể vật lý – kỹ thuật – kinh tế tài chính trong thời hạn t và khơng gian ( khơng gian hình học r vàkhơng gian thơng số khác µ,  … như nhiệt độ, áp suất, giá thành … ). Muốn có khái niệm về tổ chức triển khai và chính sách hoạt động giải trí của vật thể phải quansát những q trình đơn cử của nó. Nhưng trong vơ số hồn cảnh đơn cử, vật thể lạicó vơ số q trình khác nhau, về ngun tắc khơng thể quan sát hết được. Vì vậytừ 1 số ít hữu hạn quy trình lý tưởng bộc lộ những đặc thù và quy luật của vậtthể. Ta gọi đó là những hiện tượng kỳ lạ. Về nguyên tắc có rất nhiều hiện tượng kỳ lạ, ví dụ trong thiết bị điện có hiệntượng tiêu tán, tích phóng nguồn năng lượng điện từ, hiện tượng kỳ lạ tạo sóng, phát sóng, khuếch đại, chỉnh lưu điều chế … nhưng trong thực tiễn cho thấy thường sống sót một nhómđủ hiện tượng kỳ lạ cơ bản. Đó là một hiện tượng kỳ lạ từ đó hợp thành mọi hiện tượng kỳ lạ khác. b. Cách lập mơ hình tốn học cho một loại q trình. Từ cách nhận thức những quy trình ta suy ra một cách kiến thiết xây dựng mơ hình tốnhọc cho những q trình như sau : Chọn và định nghĩa những biến trạng thái. Đó thường là hàm hay vectophân bố trong thời hạn và những khơng gian. Ví dụ để đo q trình điện từ ta địnhnghĩa những vecto cường độ từ trường, điện trường. Quan sát những q trình và nghiên cứu và phân tích tìm ra một nhóm đủ hiện tượng kỳ lạ cơ bản. Mơ tả tốn học cơ chế những hiện tượng kỳ lạ cơ bản. Thông thường ta mơ tả chúngbằng những phương trình liên hệ những biến trạng thái, ta gọi đó là những phươngtrình trạng thái cơ bản. Mơ tả việc hợp thành những q trình đơn cử, bằng cách phối hợp nhữngphương trình trạng thái cơ bản trong một phương trình cân đối hoặc một hệphương trình trạng thái. Kiểm nghiệm lại mơ hình trong thực tiễn hoạt động giải trí của vật thể. 2.3. Hai loại mơ hình toán học. Theo cách phân bổ khoảng trống, thời hạn của biến trạng thái hoàn toàn có thể xếp cácmơ hình tốn học thành hao loại là mơ hình mạng lưới hệ thống và mơ hình trường. – Một loại mơ hình có q trình đo bởi một số ít hữu hạn biến trạng thái chỉphân bộ trong thời hạn mà không phân bổ trong khoảng trống. Về tương tác, những biến chỉ quan hệ nhân quả trước sau trong thời hạn : trạng thái ở t chịu tác động ảnh hưởng những trạng thái trước t, cho đến một khởi đầu t 0 nào đó. Về tốn học q trình như vậy được mơ tả bằng một hệ phương trình viphân, tích phân hoặc đại số trong thời hạn, ứng với một bài toán có điều kiện kèm theo đầu. Ta quy ước gọi vật thể mà q trình hoạt động giải trí được mơ tả bằng một mơhình thuần túy là mạng lưới hệ thống và mơ hình của chúng là mơ hình mạng lưới hệ thống. Trong thực tiễn rất hay gặp những mạng lưới hệ thống mà q trình ngồi dạng biếnthiên theo thời hạn cịn gắn với một sự lưu thơng ( chảy, truyền đạt ) những trạng tháigiữ những bộ phận mạng lưới hệ thống. Ví dụ trong những thiết bị động lực có sự truyền đạtnăng lượng, có những dịng điện chảy, trong những mạng lưới hệ thống thông tin – đo lường và thống kê – tinh chỉnh và điều khiển, hoặc mạng lưới hệ thống rơle có sự truyền đạt tín hiệu, trong những mạng lưới hệ thống máytính có sự truyền đạt những số lượng … Ta gọi chung những mạng lưới hệ thống ấy là mạch ( circuit ) : mạch nguồn năng lượng, mạch truyền tin, mạch tinh chỉnh và điều khiển, mạch tính tốn … vàgọi mơ hình của chúng là mơ hình mạch, một dạng riêng nhưng rất phổ cập củamơ hình mạng lưới hệ thống. Cụ thể mạch điện là một hệ thiết bị điện trong đó ta xét q trình truyềnđạt, đổi khác nguồn năng lượng hay tín hiệu điện từ, đo bởi 1 số ít hữu hạn biến dịng, áp, từ thơng, điện tích … chỉ phân bổ trong thời hạn. – Một loại mơ hình khác trong quy trình được coi là đo bởi một số ít hữu hạnbiến x ( r, …, t ) phân bổ trong khoảng trống và thời hạn hoặc một cách hình thức đobởi một tập không đếm được biến trạng thái thời hạn ứng với vơ số điểm khơnggian. Về tương tác ngồi quan hệ nhân quả trước sau ở đây còn thêm quan hệnhân quả trong khoảng trống : trạng thái ở một điểm khoảng trống còn chịu ảnh hưởngcủa những trạng thái ở lân cận điểm đó, cho đến một bờ S0 nào đó. Về tốn học những q trình ấy thường mơ tả bằng một hệ phương trìnhđạo hàm riêng trong thời hạn và khơng gian, ứng với một bài tốn có điều kiệnđầu và điều kiện kèm theo bờ. Ta gọi những vật thể mà quy trình hoạt động giải trí như trên gọi là trường ( hoặc môitrường ) và gọi mơ hình của chúng là mơ hình trường. Khi xét một loại q trình, tùy cách nhìn nhận hoàn toàn có thể dùng trường hoặc mơhình trường hoặc mơ hình mạng lưới hệ thống, coi vật là trường hoặc mạng lưới hệ thống hay mạch. Vấn đề làm thế nào cho những mơ hình tương thích với thực tiễn khách quan với mức độ cầnthiết. 2.4. Mô hình mạng lưới hệ thống, mơ hình mạch. – Thứ nhất, mơ hình mạng lưới hệ thống là hệ phương trình xác lập riêng trong thờigian, mơ tả quy luật một loại q trình của mạng lưới hệ thống. a ) Mơ hình mạch truyền đạt hay truyền tin : loại này ứng với những phươngtrình vi phân hoặc vi tích phân có phép tính là những phép tốn tử T.b ) Mơ hình mạch lơgic : loại này ứng với những hệ phương trình đại sốloogic với phép ảnh hưởng tác động lên biến là những quan hệ hàm lơgic L. Đó là phép làmứng với hai giá trị 0,1 của biến x với một trong hai giá trị 0,1 của biến y biểu diễntín hiệu từ x sang y. c ) Mơ hình mạng vận trù : loại này ứng với những hệ phương trình phiếmhàm có phép ảnh hưởng tác động lên biến là phép phiếm hàm F. Đó là cách làm ứng mộthàm x ( t ) với một số ít a [ x ( t ) ] để đánh gia q trình x ( t ). d ) Mơ hình mạch năng động lượng hay mơ hình mạch Kirchooff : loại nàycũng ứng với những hệ phương trình vi phân hay đại số như loại ( a ). Ở đây quátrình đo bởi những cặp biến x k ( t ), yk ( t ) với xk yk là nguồn năng lượng hay động độnglượng thường thỏa mãn nhu cầu những luật bảo tồn và liên tục. Trong mạng lưới hệ thống có sựtruyền đạt nguồn năng lượng giữa những bộ phận. – Thứ hai, quy mô mạng lưới hệ thống cịn là những sơ đồ mạng lưới hệ thống hay sơ đồ mạchmơ tả những q trình xét. Đó là vì ở những mạng lưới hệ thống và mạch những biến trạng thái khơng phân bổ trongkhơng gian, nên hoàn toàn có thể dành hình học để lập những cách mơ tả tốn học về qtrình xét. Ta sẽ gọi chung những cách mơ tả hình học ấy là sơ đồ của quy trình. Cụthể đó là những graph, những hình chắp nối những ký hiệu hình học, dùng để mơ tảtheo một cách nào đó sự phân bổ những biến, những phép tính lên biến, quan hệ giữacác biến và hệ phương trình trạng thái của quy trình. Vì vậy trong những lý thuyết hệthống và lý thuyết mạch một sơ đồ giống hệt với một hệ phương trình trạng thái. Mặt khác sơ đồ cịn thường dùng mơ tả cấu trúc chắp nối những bộ phận củavật thể xét. Về mặt này sơ đồ cịn mơ tả rõ hơn hệ phương trình. Chình vì vậytheo thói quen người ta thường hiểu sơ đồ theo nghĩa miêu tả cấu trúc vật thể hơn làtheo nghĩa mơ hình tốn học, tất yếu cách hiểu đó khơng không thiếu. Ứng với 4 loại mơ hình mạng lưới hệ thống hoàn toàn có thể xếp những sơ đồ vào 4 loại : sơ đồmạch truyền đạt, sơ đồ mạch lôgic, sơ đồ mạng vận trù và sơ đồ mạch Kirchooff. – Trong kỹ thuật hoàn toàn có thể sản xuất những linh phụ kiện hoạt động giải trí giống những phầntử sơ đồ, do đó khi lắp ghép lại hoàn toàn có thể được một mạng lưới hệ thống linh phụ kiện hoạt động10giống hệt một sơ đồ. Hệ thống đó đã mơ phỏng tựa như một sơ đồ mạch và do đómơ phỏng tựa như quy trình xét. 11CH ƯƠNG 1C ÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆNMã chương : MH08 – 01G iới thiệu : Ở chương này ta sẽ làm quen với những khái niệm về mạch điện, và những phépbiến đổi tương tự nhằm mục đích đưa mạch điện về dạng đơn thuần. Mục tiêu : – Phân tích được trách nhiệm, vai trị của những thành phần cấu thành mạch điện như : nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị thống kê giám sát, đóng cắt … – Giải thích được cách thiết kế xây dựng mơ hình mạch điện, những thành phần chính trongmạch điện. Phân biệt được thành phần lý tưởng và thành phần thực. – Phân tích và lý giải được những khái niệm cơ bản trong mạch điện, hiểu vàvận dụng được những biểu thức tính tốn cơ bản. Nội dung chính : – Mạch điện và mơ hình. – Các khái niệm cơ bản trong mạch điện. – Các phép biến hóa tương tự. 1. Mạch điện và mơ hình. Mục tiêu : – Phân tích được trách nhiệm, vai trò của những thành phần cấu thành mạch điệnnhư : nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường và thống kê, đóng cắt … – Giải thích được những hiện tượng kỳ lạ điện từ xảy ra trong mạch điện. – Nhận biết được những thiết bị và sử dụng được dụng cụ đo trong mạch điện. 1.1. Mạch điện. Mạch điện là tập hợp những thiết bị điện ( nguồn, tải, dây dẫn … ) được nối lạivới nhau bằng những dây dẫn tạo thành những mạch vịng kín, trong đó dịng điện cóthể chạy qua. Mạch điện thường gồm những thành phần sau : nguồn điện, phụ tải, dây dẫn. a. Nguồn điện : là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên tắc, nguồn điện làthiết bị đổi khác những dạng nguồn năng lượng khác ( như cơ năng, quang năng, nhiệtnăng … ) thành điện năng. Ví dụ : Pin, ăcquy đổi khác hoá năng thành điện năng. Máy phát điện biến hóa cơ năng thành điện năng. Pin mặt trời đổi khác nguồn năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng. b. Phụ tải ( tải ) : là thiết bị tiêu thụ điện năng và biến hóa điện năng thành cácdạng nguồn năng lượng khác ( như cơ năng, nhiệt năng, quang năng … ) 12V í dụ : Động cơ điện tiêu thụ điện năng và biến điện năng thành cơ năng. Bàn là, nhà bếp điện biến điện năng thành nhiệt năng. Bóng điện biến điện năng thành quang năng …. c. Dây dẫn : có trách nhiệm truyền tải điện năng ( từ nguồn tới phụ tải tiêu thụ ) và dùng để nối những thành phần của mạch điện. Ngoài 3 yếu tố chính trong mạch điện cịn có những thiết bị phụ trợ khác để : Đóng cắt và điều khiển và tinh chỉnh mạch điện như cầu dao, aptomat, côngtăc … Đo lường những đại lượng của mạch điện như ampe kế, vơn kế, ốt kế .. Bảo vệ mạch điện như cầu chì, rơle, aptơmát … 1.2. Các hiện tượng kỳ lạ điện từ. Các hiện tượng kỳ lạ điện từ có rất nhiều dạng như : hiện tượng kỳ lạ chỉnh lưu, táchsóng, tạo hàm, tạo sóng, biến áp, khuếch đại … Tuy nhiên nếu xét theo quan điểm nguồn năng lượng thì q trình điện từ trongmạch điện hoàn toàn có thể quy về hai hiện tượng kỳ lạ nguồn năng lượng cơ bản là hiện tượng kỳ lạ biến đổinăng lượng và hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng điện từ. 1.2.1. Hiện tượng biến hóa nguồn năng lượng. HiÖn tợng biến hóa năng lợng gm hai loi : Hin tng ngun : là hiện tượng kỳ lạ đổi khác những dạng nguồn năng lượng như cơnăng, hoá năng … thành nguồn năng lượng điện từ. Hiện tượng tiêu tán : là hiện tượng kỳ lạ biến hóa nguồn năng lượng điện từ thành cácdạng nguồn năng lượng khác như nhiệt, cơ, quang, hoá năng … tiêu tán đi khơng hồntrở lại trong mạch nữa. 1.2.2. Hiện tượng tích phóng nguồn năng lượng. Hiện tượng tích phóng nguồn năng lượng điện từ là hiện tượng kỳ lạ mà năng lượngđiện từ được tích phóng vào một vùng khơng gian có sống sót trường điện từ hoặcđưa từ vùng đó trở lại bên ngồi. Để thuận tiện cho q trình nghiên cứu và điều tra, người ta coi sự sống sót của mộttrường điện từ thống nhất gồm 2 mặt bộc lộ là điện trường và từ trường. Vì vậy hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng điện từ gồm hiện tượng kỳ lạ tích phóngnăng lượng trong điện trường và hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng trong từtrường. Dịng điện và trường điện từ có tương quan ngặt nghèo với nhau nên trong bất kìthiết bị nào cũng đều xảy ra cả 2 hiện tượng kỳ lạ : đổi khác và tích phóng nguồn năng lượng. Nhưng hoàn toàn có thể trong một thiết bị thì hiện tượng kỳ lạ nguồn năng lượng này xảy ra rất mạchhơn hiện tượng kỳ lạ nguồn năng lượng kia. Ví dụ : ta xét những thành phần là điện trở thực, tụ điện, cuộn dây, ắcquy. Trong điện trở thực : đa phần xảy ra hiện tượng kỳ lạ tiêu tán biến hóa nănglượng trường điện từ thành nhiệt năng. Nếu trường điện từ biến thiên không lớn13lắm hoàn toàn có thể bỏ lỡ dịng điện dịch ( giữa những vòng dây quấn hoặc giữa những lớp điệntrở ) so với dòng điện dẫn và bỏ lỡ sức điện động cảm ứng so với sụt áp trên điệntrở, nói cách khác bỏ lỡ hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng tích phóng nănglượng điện từ. Trong tụ điện đa phần là : hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng điện trường. Ngồi ra do điện mơi giữa 2 cốt tụ có độ dẫn điện hữu hạn nào đó nên trong tụcũng xảy ra hiện tượng kỳ lạ tiêu tán đổi khác điện năng thành nhiệt năng. Trong cuộn dây hầu hết là : hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng từ trường. Ngồi ra dịng điện cũng gây ra tổn hao nhiệt trong dây dẫn của cuộn dây nêntrong cuộn dây cũng xảy ra hiện tượng kỳ lạ tiêu tán. Trong cuộn dây còn xảy ra hiệntượng tích phóng nguồn năng lượng điện trường nhưng thương rất yếu và hoàn toàn có thể bỏ quanếu tần số thao tác không lớn lắm. Trong ăcquy là : xảy ra hiện tượng kỳ lạ nguồn biến hóa từ hoá năng sang điệnnăng, đồng thời cũng xảy ra hiện tượng kỳ lạ tiêu tán biến hóa t in nng thnh nhitnng. 1.3. Mô hình mạch điện. Mch in gồm nhiều thành phần, khi thao tác nhiều hiện tượng kỳ lạ điện từ xảy ratrong những thành phần. Khi tính tốn người ta sửa chữa thay thế mạch điện thực bằng mơ hìnhmạch điện. Mơ hình mạch điện là sơ đồ thay thế sửa chữa mạch điện thực, trong đó q trìnhnăng lượng điện từ và cấu trúc hình học giống như mạch thực. Mơ hình mạch điện gồm nhiều thành phần lý tưởng đặc trưng cho quá trìnhđiện từ trong mạch và được ghép nối với nhau tuỳ theo cấu trúc của mạchSau đây ta sẽ xét những thành phần lý tưởng của mơ hình mạch điện. 1.3.1. Phần tử điện trở. Đặc trưng cho vật dẫn về mặt cản trở dòng điện. Về nguồn năng lượng, điện trở R đặc trưng cho quy trình biến hóa và tiêu thụ điệnnăng thành những dạng nguồn năng lượng khác như cơ năng, quang năng, nhiệt năng … Kí hiệu : Hình 1.1. Kí hiệu điện trở. Đơn vị của điện trở là  ( ôm ), 1 k  = 103 . Cho dòng điện i chạy qua điện trở R gây ra sụt áp trên điện trở là u R. Theođịnh luật Ơm quan hệ giữa dịng điện i và điện áp uR là : uR = i. RCông suất tiêu thụ trên điện trở p = uR. i = i2. RNhư vậy điện trở R đặc trưng cho hiệu suất tiêu tán trên điện trở. Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng chừng thời hạn t là14A = khi i = const có A = i2RtĐơn vị của điện năng là Wh ( ốt giờ ), bội số của nó là kWh. Điện dẫn G : Đặc trưng cho cho vật dẫn về mặt dẫn điện, là đại lượngnghịch hòn đảo của điện tr. n v : S ( Simen ). 1.3.2. Phần tử điện cảm. in cm L đặc trưng cho hiện tượng kỳ lạ tích phóng nguồn năng lượng từ trường củacuộn dây. Kí hiệu : Hình 1.2. Kí hiệu điện cảm. Đơn vị của điện cảm là H ( Henry ). 1 mH = 10-3 H, 1  H = 10-6 H, 1 MH = 106 HKhi có dịng điện i chạy qua cuộn dây có w vịng dây, sẽ sinh ra từ thơngmóc vịng qua cuộn dây  = w.  Điện cảm của cuộn dây được định nghĩa là L = Nếu dịng điện i biến thiên thì từ thông cũng biến thiên và theo định luậtcảm ứng điện từ trong cuộn dây Open sức điện động tự cảmeL = Điện áp trên cuộn dây : uL = – eL = Công suất trên cuộn dây : pL = uL. i = i. Năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn dây : W = 1.3.3. Phần tử điện dung. Điện dung C đặc trưng cho hiện tượng kỳ lạ tích luỹ nguồn năng lượng điện trườngtrong tụ điện. Kí hiệu : Hình 1.3. Kí hiệu điện dung. Đơn vị của điện dung là Fara ( F ). Khi đặt điện áp uC lên tụ điện có điện dung C thì tụ điện sẽ được nạp điệnvới điện tích q : q = C.uCNếu điện áp uC biến thiên sẽ có dịng điện chuyển dời qua tụ điện15i = từ đó suy ra uC = Nếu tại thời gian t = 0 mà tụ điện đã có điện tích bắt đầu thì điện áp trên tụđiện là : uC = Cơng suất trên tụ điện : Năng lượng tích luỹ trong điện trường của tụ điện. 1.3.4. Phần tử nguồn. a ) Nguồn điện áp u ( t ). Nguồn điện áp đặc trưng cho năng lực tạo lên và duy trì một điện áp trênhai cực của nguồn. Kí hiệu : e ( t ) u ( t ) Hình 1.4. Kí hiệu nguồn điện áp. Nguồn điện áp cịn được trình diễn bằng sức điện động e ( t ). Điện áp đầu cực u ( t ) sẽ bằng sức điện động : u ( t ) = e ( t ). Chiều e ( t ) từ điểm điện thế thấp đến điểm điện thế cao. Chiều u ( t ) từ điểm điện thế cao đến điểm điện thế thấp, vì vậy chiều điện ápđầu cực nguồn ngược với chiều sức điện động. Đơn vị : V ( vơl ). b ) Nguồn dịng điện j ( t ). Để tạo ra điện áp đặt vào mạch điện, người ta dùng những nguồn điện. Ví dụ : pin, acquy cung ứng những điện áp không đổi ( theo thời hạn ), những máy phát điệnxoay chiều phân phối điện áp hình sin có tần số f = 50 Hz dùng trong công nghiệpvà hoạt động và sinh hoạt. Nguồn dòng điện đặc trưng cho năng lực của nguồn điện tạo lên và duy trìmột dịng điện phân phối cho mạch ngồi. Kí hiệu : bằng một vịng trịn với mũi tên kép. 16 j ( t ) Hình 1.5. Kí hiệu nguồn dịng điện. Đơn vị : A ( ampe ). 1.3.5. PhÇn tư thËt. Một thành phần thực của mạch điện hoàn toàn có thể được mơ hình gần đúng với mộthay tập hợp nhiều thành phần lý tưởng được ghép nối với nhau để mơ tả gần đúnghoạt động của thành phần trong thực tiễn. Ví dụ : CRCLRCLRRLLCHình a ) Hình b ) Hình c ) Hình 1.6. Kí hiệu thành phần thực của điện trở, cuộn dây và tụ điện. Hình a ) là mơ hình của điện trở thực ở tần số cao ( cần quan tâm đến tham sốLR, CR mà đa phần những trường hợp hoàn toàn có thể bỏ lỡ. ) Hình b ) là mơ hình của cuộn dây, ngồi thành phần điện cảm L, cần chú ý quan tâm đếnđiện trở RL là tổn hao trong cuộn dây và trong lõi ở tần số cao còn phải kể đến ảnhhưởng của điện dung ký sinh CL giữa những vịng dây. Hình c ) là mơ hình của tụ điện ngồi điện dung C cịn kể đến điện trở RC làtổn hao trong điện môi ở tần số cao thì phải chú ý quan tâm đến điện cảm LC của dây nối. 2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện. Mục tiêu : – Trình bày được khái niệm về dịng điện và tỷ lệ dịng điện. – Trình bày được khái niệm điện áp. – Trình bày được khái niệm và biểu thức cơng suất và điện năng. 2.1. Dòng điện và chiều qui ước của dòng điện. Khi đặt vật dẫn trong điện trường ( điện trường là khoảng chừng khơng gian baoquanh một điện tích mà ở đó có lực tính năng của lực điện tích lên những điện tíchkhác ) dưới công dụng của lực điện trường những điện tích dương sẽ chuyển dời từ nơicó điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn, cịn những điện tích âm thì di chuyểnngược lại tạo thành dòng điện. 17V ậy : Dịng điện là dịng những điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụngcủa lực điện trường. Quy ước : Chiều dịng điện là chiều chuyển dời của những điện tích dương ( đócũng là chiều của điện trường ) Trong sắt kẽm kim loại : dịng điện là dịng những điện tử chuyển dời có hướng vì điệntử vận động và di chuyển từ nơi có điện thế thấp đến nơi có điện thế cao hơn nên chiều dịngđiện tử ngược với chiều quy ước của dòng điện. Trong dung dịch điện ly : dòng điện là dòng những ion chuyển dời có hướng. Bao gồm 2 dịng ngược chiều nhau là : dòng ion dương cùng chiều quy ước ( chiềuđiện trường ), dòng ion âm ngược chiều quy ước. Như vậy những ion dương sẽ dichuyển từ anôt ( cực + ) về catốt ( cực – ) nên được gọi là những cation, còn những ion âmdi chuyển từ catốt ( cực – ) về anôt ( cực + ) nên được gọi là những anion. Trong mơi trường chất khí bị ion hố : dịng điện là dịng những ion và điện tửchuyển dời có hướng. Bao gồm dịng những ion dương đi theo chiều của điện trươngtừ anôt ( cực + ) về catốt ( cực ), còn những ion âm và điện tử đi ngược chiều diêntrường từ catốt ( cực – ) về anơt ( cực + ). 2.2. Cường độ dịng điện. Đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện gọi là cường độ dịng điện ( gọi tắt là dịng điện ), kí hiệu : I.Cường độ dịng điện là lượng điện tích qua tiết diện thẳng của dây dẫntrong một đơn vị chức năng thời hạn. Trong đó : q : điện tích ( C ) t : thời hạn ( s ) I : cường độ dịng điện ( A ) Ampe là cường độ của dòng điện cứ một giây thì có một culơng chuyển quatiết điện thẳng của dây dẫn. 1 kA = 103A, 1 mA = 10-3 A, 1  A = 10-6 ANếu điện tích chuyển dời qua dây dẫn khơng đều theo thời hạn sẽ tạo radịng điện có cường độ đổi khác ( ký hiệu là i ). Giả sử trong thời hạn rất nhỏ dt, cólượng điện tích dq qua tiết điện dây thì cường độ dịng điệnKhi điện tích chuyển dời theo một hướng nhất định với vận tốc khơng đối sẽtạo thành dịng điện một chiều ( hay dịng điện khơng đổi ). Vậy dịng điện mộtchiều là dịng điện có chiều và trị số khơng đổi theo thời hạn. Đồ thị của nó làmột đường thẳng song song với trục thời hạn. 18N ếu dịng điện có trị số hoặc chiều biến hóa theo thời hạn được gọi là dòngđiện đổi khác. Dòng điện biến hóa hoàn toàn có thể là dịng điện khơng chu kỳ luân hồi hoặc dịngđiện có chu kỳ luân hồi. Ví dụ : dịng điện tắt dần đó là dịng điện khơng chu kỳ luân hồi. Dịng điện có chu kỳ luân hồi là dịng điện đổi khác tuần hồn nghĩa là cứ sau mộtkhoảng thời hạn nhất định nó lặp lại trị số và dạng biến thiên như cũ. Trong cácdịng điện có chu kỳ luân hồi thì quan trọng nhất là dịng điện xoay chiều hình sin. 2.3. Mật độ dịng điện. Khi cường độ dịng điện qua một đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh được gọi là tỷ lệ dịngđiện, kí hiệu là  ( denta ). Trong đó : I : cường độ dịng điện ( A ) S : diện tích quy hoạnh tiết điện dây ( mét vuông )  : tỷ lệ dòng điện ( A / mét vuông ), ( A / cm2 ), ( A / mm2 ) Cường độ dòng điện dọc theo một đoạn dây dẫn là như nhau ở mọi tiết diệnnên ở chỗ nào tiết diện dây nhỏ, tỷ lệ dòng điện sẽ là lớn và ngược lại. Ví dụ 1.1 : dây dẫn có tiết diện 95 mm2 dịng điện I = 200A qua. Tính mật độdịng điện. Giải : Mật độ dịng điện là : ( A / mm2 ) 3. Các phép biến hóa tương tự. Mục tiêu : – Trình bày được phép đổi khác tương tự những nguồn điện. – Trình bày được phép biến hóa tương tự những điện trở. – Lắp ráp và đo đạc được những thông số kỹ thuật của mạch điện một chiều. Trong thực tiễn đôi lúc ta cần làm đơn thuần một phần mạch phức tạp thànhmột phần mạch tương tự đơn thuần hơn. Việc biến hóa mạch tương đươngthường được làm để cho mạch mới có ít thành phần, ít số nút, ít số vịng và ít sốnhánh hơn mạch trước đó, do đó làm giảm đi số phương trình phải giải. Mạch tương tự được định nghĩa như sau : “ Hai phần mạch được gọi làtương đương nếu quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên những cực của 2 phần mạchlà như nhau ”. Một phép đổi khác tương tự sẽ khơng làm đổi khác dịng điện và điệnáp trên những nhánh ở những phần của sơ đồ không tham gia vào phép đổi khác. Sauđây là một số ít phép đổi khác tương tự thông dụng : 3.1. Nguồn áp mắc tiếp nối đuôi nhau. Nguồn áp mắc tiếp nối đuôi nhau sẽ tương tự với một nguồn áp duy nhất có trị sốbằng tổng đại số những sức điện động. e1e2e3etd19 ( k = 1 … n ) Ví dụ : etd = e1 + e2 – e3Hình 1.7. Các nguồn áp mắc tiếp nối đuôi nhau. 3.2. Nguồn dòng mắc song song. Nguồn dòng mắc song song sẽ tương tự với một nguồn dịng duy nhấtcó trị số bằng tổng đại số những nguồn dịng. ( k = 1 … n ) j1j2j3jtdVí dụ : jtd = j1 + j2 – j3Hình 1.8. Các nguồn dịng mắc song song. 3.3. Điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau, song song. 3.3.1. Điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau. Mắc tiếp nối đuôi nhau những điện trở là mắc đầu điện trở này với cuối điện trở kia, saocho chỉ có duy nhất một dòng điện đi qua những điện trở. R1R2RnTa có : I1 = I2 = … = In = IU = U1 + U2 + … + UnRtdRtd = R1 + R2 + … + RNNếu R1 = R2 = … = RN = R thì Rtd = n. RHình 1.9. Các điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau. 3.3.2. Điện trở mắc song song. Mắc những điện trở là mắc đầu những điện trở vối nhau, cuối những điện trở vớinhau, sao cho những điện trở được đặt vào cùng một điện áp. Ta có : U1 = U2 = … = Un = UI = I1 + I2 + … + InR1R2RnRtdNếu R1 = R2 = … = RN = R thìHình 1.10. Các điện trở mắc song song. 3.4. Biến đổi  – Y và Y – . Hỡnh 1.11. Các điện trở mắc hình sao – tam giác. Biến đổi   YBiến đổi Y  R1  R3R31R2R12R2320Nếu R1 = R2 = R3 = RY thì R ∆ = 3. RYNếu R12 = R23 = R31 = R ∆ thì3. 5. Biến đổi nguồn tương tương. Một nguồn áp ghép tiếp nối đuôi nhau với một điện trở sẽ tương tự với một nguồndòng ghép song song với một điện trở đó và ngược lại. i1Hình 1.12. Biến đổi nguồn tương tự. a ) u = e – i. R ( 1 ) b ) j = i + i1 với  U = Rj – Ri ( 2 ) So sánh ( 1 ) và ( 2 ) ta thấy 2 mạch sẽ tương tự nếu e = Rj  Ví dụ 1.2 Tính dịng điện I chạy qua nguồn của mạch cầu hình 1.9, biếtR1 = 12 , R3 = R2 = 6 , R4 = 21 , R0 = 18 , E = 240V, Rn = 2  ( hình 1.9 ) Giải : Hình 1.13. Mạch điện ví dụ. Hình 1.14. Biến đổi   YBiến đổi tam giác ABC ( R1, R2, R0 ) thành sao RA, RB, RC ( hình 1.31 ) RA = RB = 21RC = Điện trở tương tự ROD của 2 nhánh song song : ROD = Điện trở tương tự toàn mạch : Rtđ = Rn + RA + ROD = 2 + 2 + 8 = 12  THỰC HÀNH CHƯƠNG 1 TẠI XƯỞNGNội dung : Hướng dẫn sử dụng những thiết bị và dụng cụ đo. Lắp ráp, kiểm tra, đo đạc những thông số kỹ thuật của mạch điện. Hình thức tổ chức triển khai triển khai : Được tổ chức triển khai thực hành thực tế tại xưởng thực tập. Sinh viên quan sát thao tác mẫu của giáo viên. Thực tập theo nhóm từ 2 đến 4 sinh viên. 1. Giới thiệu 1 số ít dụng cụ đo, thiết bị, bảo đảm an toàn điện. Các thiết bị và dụng cụ. Bao gồm : đồng hồ đeo tay vạn năng thông tư số, ampe kìm AC và DC, 1.2.1. Đồnghồ vạn năng thông tư số. Dùng để đo điện áp AC-DC, dòng điện AC-DC, điện trở, đo tần số, đothơng mạch. Hình 1.15. Đồng hồ vạn năng. 1.2.2. Ampe kìm AC và DC.Dùng để đo điện áp AC-DC, dịng điện AC-DC, điện trở. Hình 1.16. Ampe kìm. 2. Thực hành về phép biến hóa tương tự của mạch điện. * Vật tư, thiết bị : 22STTV ật tư, thiết bịƠm kế hoặc VOMĐiện trở có trị số đổi khác 0 ¸ 200  Dây nốiSố lượng0303a. Sơ đồ : R1R2R1R2R3Hình 1.17. Mắc điện trở tuy nhiên songHình 1.18. Mắc điện trở nốitiếpb. Các bước triển khai : Bước 1 : Kiểm tra thiết bị. Bước 2 : Lắp ráp mạch theo sơ đồ. Bước 3 : Kiểm tra mạch theo sơ đồ. Bước 4 : Tiến hành đo đạc và tính tốn. Ghi vào bảng tác dụng : Thứ tựR / 22R / 3R / 3T hứ tựR / 22R / 3R / 3K ết quả đoRntKết quả tínhRntKết quả đoR / / Kết quả tínhR / / 23C hơng 2 : Mạch điện một chiềuMó chng : MH08 – 02G ii thiệu : Chương này trình làng những định luật cơ bản và quan trọng của mạch điệnmột chiều cũng như mạch xoay chiều. Nắm vững những giải pháp giải mạchđiện một chiều ta sẽ giải được mạch xoay chiều. Mục tiêu : – Trình bày, lý giải và vận dụng linh động những biểu thức tính tốn trongmạch điện một chiều ( dịng điện, điện áp, cơng suất, điện năng, nhiệt lượng … ). – Tính tốn những thơng số ( điện trở, dịng điện, điện áp, cơng suất, điện năng, nhiệt lượng ) của mạch một nguồn, nhiều nguồn từ đơn thuần đến phức tạp. – Phân tích sơ đồ và chọn chiêu thức giải mạch hài hòa và hợp lý. – Lắp ráp, đo đạc những thông số kỹ thuật của mạch điện một chiều theo nhu yếu. Nội dung chính : 1. Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều. 1.1. Định luật Ohm. Định luật Ohm do nhà bác học G.Ohm người Đức tìm ra bằng thực nghiệmở nửa đầu thế kỷ 19, là một trong những định luật cơ bản của mạch điện. Với đoạn mạch. I : Cường độ dòng điện ( A ) U : Điện áp ( V ) R : Điện trở (  ) Với toàn mạch : E : Sức điện động ( V ) Định luật Ohm nêu mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở mạch điệnkhông phân nhánh. Đối với mạch điện phân nhánh, quan hệ giữa những dòng điệnvà điện áp sẽ phức tạp hơn rất nhiều. 1.2. Công suất và điện năng trong mạch một chiều. a. Cơng suất. I Ar0Hình 2.1. Nguồn điện nối với tải. 24N ối nguồn điện F có sức điện động E và điện trở trong r 0 với một tải điệntrở. Dưới công dụng của lực trường ngoài của nguồn điện, những điện tích liên tụcchuyển động qua nguồn và mạch ngồi tạo thành dịng điện I. Cơng của trườngngồi cũng là cơng của nguồn để chuyển dời một điện tích q qua nguồn là : Af = E.q mà q = I.t thay vào ta có Af = E.I.tTheo định luật bảo tồn nguồn năng lượng thì cơng của nguồn sẽ biến hóa thànhcác dạng nguồn năng lượng khác ở thành phần của mạch, đơn cử là ở tải R và ở chính điệntrở trong r0 của nguồn. Gọi điện áp trên tải ( giữa hai cực AB ) là U = V A – VB nguồn năng lượng do điệntích q triển khai khi qua đoạn mạch AB sẽ là : A = U.q = U.I.tCòn một phần nguồn năng lượng sẽ tiêu tán bên trong nguồn dưới dạng nhiệt : ∆ A0 = Af – A = ( E-U ) It = ∆ U0 ItHiệu giữa sức điện động với điện áp trên hai cực của nó gọi là sụt áp bêntrong nguồn, ký hiệu ∆ U0 = E-UTừ đó ta có phương trình cân đối sức điện động trong mạch : E = U + ∆ U0Vậy sức điện động của nguồn bằng tổng điện áp trên hai cực nguồn với sụtáp bên trong nguồn. Sụt áp trong nguồn, theo định luật Ôm, tỷ suất với dòng điện qua nguồn : ∆ U0 = r0 Iở đây thông số tỷ suất r0 chính là điện trở trong của nguồn. Khi nguồn hở mạch I = 0 thì ∆ U0 = 0 từ đó E = U, sức điện động nguồn bằngđiện áp trên hai cực nguồn kkhi hở mạch. Vì thế hoàn toàn có thể đo sức điện động bằngvôn-mét mắc vào hai cực nguồn đang hở mạch ( không tải ). Tỷ số giữa công A và thời hạn thực thi t gọi là hiệu suất P : Như vậy hiệu suất là vận tốc thực thi cơng theo thời hạn. Vì công đặctrưng cho sự đổi khác nguồn năng lượng nên hiệu suất là vận tốc biến hóa năng lượngtheo thời hạn. Nếu cơng triển khai khơng đều theo thời hạn thì vận tốc triển khai công ( tứccông suất ) xác lập như sau : Xét trong thời hạn vô cùng bé ∆ t công triển khai là ∆ A thì : Từ những định nghĩa trên ta có : Cơng suất nguồn ( gọi là hiệu suất phát ) : Công suất tải : Công suất tổn hao trong nguồn : 25T a có phương trình cân đối cơng suất ( định luật bảo toàn nguồn năng lượng ) trong mạch điện : Pf = P + ∆ P0Trong hệ đơn vị SI, E và U tính ra vơn ( V ), I tính ra ampe ( A ), t tính ra giây ( s ) thì đơn vị chức năng cơng là jun ( J ) và cơng suất ốt ( W ) 1W = = 1 vơn1J = 1W s = 1V1 ampe = 1VAA s = 1VC t là hiệu suất của hệ thực thi công một jun trong thời hạn một giây. Đối với mạch điện, ốt là cơng suất của dòng điện một ampe triển khai trên mộtđoạn mạch có điện áp một vơn. Bội số của W là hW ( hecto ốt ), kW ( kilo ốt ), MW ( mêga ốt ) cịn ước sốlà mW ( mili oát ). 1 hW = 102 W ; 1 kW = 103 W ; 1MW = 103 kW = 106 W ; 1 mW = 10-3 W ; b. Điện năng. Để đo cơng của dịng điện tức là điện năng tiêu thụ người ta dùng máy đếmđiện năng hay cơng tơ điện. Điện năng tiêu thụ được tính ra Wh ( ốt giờ ), hWh ( hectơ ốt giờ ), kWh ( kilơ ốt giờ ), MWh ( mêga oát giờ ), GWh ( gega oát giờ ), TWh ( tera oát giờ ). 1W h = 1 = 3600J1 hWh = 100 Wh = 360000J = 360 kJ1kWh = 1000 Wh = 360000J = 3,6 MJ1 MWh = 1000 kWh1 GWh = 106 kWh1 TWh = 109 kWhỞ đây, 1 kJ = 103 J, 1MJ = 106 JVí dụ 2.1 : Mạch điện có điện áp U = 220V cung ứng cho tải dòng điện I = 3A trong thời hạn 3 giờ. Biết giá tiền điện là 1500 đ / kWh. Tính cơng suất của tải, điện năng tiêu thụ và tiền điện phải trả. Giải : Công suất tải : P = U.I = 220.3 = 660 WĐiện năng tải tiêu thụ : A = P.t = 660.3 = 1980 Wh = 1,98 kWhTiền điện phải trả : 1500 đ. 19,8 = 2970 đ1. 3. Định luật Joule – Lenz ( định luật và ứng dụng ). a. Định luật. Dòng điện là dịng những điện tích chuyển dời có hướng. Khi chuyển độngtrong vật dẫn, những điện tích va chạm với những phân tử, truyền bớt động năng, làm

Source: https://suanha.org
Category : Thợ Điện