Giáo trình môn học kĩ thuật điện Cao đẳng kĩ thuật Cao Thắng.

GIáo trình này được dựa trên chương trình đào tạo của các ngành công nghệ kĩ thuật cơ khí, ô tô, cơ điện tử. Các ngành trung cấp chuyên nghiệp cao đẳng nghề liên quan, không chuyên về điện.Đây là môn học cơ sở cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ sở chuyên ngành

Lời nói đầu

Giáo trình môn học Kỹ Thuật Điện được biên soạn dựa trên chương trình đào tạo của cácngành công nghệ kỹ thuật CƠ KHÍ, ÔTÔ, CƠ ĐIỆN TỬ, các ngành trung cấp chuyênnghiệp, cao đẳng nghề liên quan (không chuyên điện) Đây là môn học kỹ thuật cơ sở cungcấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về mạch điện một chiều, xoay chiều, máy điện, khícụ điện, mạch máy và phương pháp giải các bài toán mạch điện một chiều, xoay chiều mộtpha và ba pha Từ đó vận dụng vào thực tập sản suất và thực tiễn đời sống

Giáo trình này dùng chung cho nhiều ngành, nhiều đối tượng khác nhau có liên quan với kỹthuật điện Nội dung giáo trình cố gắng tập trung vào các vấn đề cơ bản nhất cho người họcvà có thể làm tài liệu tham khảo cho các ngành học khác Giáo trình môn học Kỹ Thuật Điệngồm bảy chương Chương 5,6,7: do thời lượng ít, nhưng có nhiều vấn đề cần đề cập nên sinhviên phải nắm vững các kiến thức đã học và tham khảo thêm các sách chuyên ngành điện

Mỗi chương đều có phần câu hỏi và bài tập để sinh viên có thể hệ thống và củng cố kiến thức đã học

Mặc dù đã cố gắng biên soạn và cập nhật kiến thức song nội dung giáo trình không tránhkhỏi những sai sót và hạn chế Mong nhận được các ý kiến đóng góp của bạn đọc để giáotrình hoàn thiện hơn Chúng tôi xin chân thành cám ơn sự đóng góp quý báu của các thầy côđồng nghiệp, bộ môn Điện Công Nghiệp, Khoa Điện-Điện Lạnh Trường Cao Đẳng Kỹ ThuậtCao Thắng

Đường đi khó, không khó mà khó bởi lòng người ngại núi e sông

TÁC GIẢ

MỤC LỤC

Chương 1 Mạch điện một chiều 4

1.1 Mạch điện và các phần tử của mạch điện 4

1.1.1 Khái niệm cơ bản về mạch điện 4

1.1.2 Kết cấu hình học của mạch điện 4

1.1.3 Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch điện 5

1.1.4 Các phần tử cơ bản của mạch điện 6

1.1.6 Các phương pháp ghép nối nguồn điện 10

1.2 Các định luật cơ bản của mạch điện 11

1.3 Ứng dụng nguồn điện một chiều 12

1.4 Các phương pháp giải mạch điện một chiều 12

1.4.1 Phương pháp biến đổi tương đương mạch 12

1.4.2 Phương pháp dòng nhánh 16

1.4.3 Phương pháp dòng mắt lưới 16

1.4.4 Phương pháp điện thế nút 17

Chương 2 Mạch điện xoay chiều 32

2.1 Mạch điện xoay chiều hình sin một pha 32

2.1.1 Định nghĩa 32

2.1.2 Các đại lượng cơ bản của mạch điện xoay chiều hình sin 32

2.1.3 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin 35

2.1.4 Quan hệ dòng điện –điện áp trên các phần tử R-L-C 42

2.1.5 Công suất của mạch điện xoay chiều 47

2.2 Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha 62

2.2.1 Định nghĩa 62

2.2.2 Cách tạo ra nguồn điện ba pha 62

2.2.3 Đồ thị hình sin-đồ thị véc tơ 62

2.2.4 Định nghĩa các đại lượng dây và pha của hệ thống 3 pha 63

2.2.5 Mạch ba pha nối hình sao 64

Sơ đồ nối dây hình Sao (Y) 64

Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha trong mạch ba pha đối xứng và tải cân bằng 64

2.2.6 Mạch điện ba pha nối hình tam giác (Δ) 65

Sơ đồ nối dây hình tam giác (Δ) 65

Quan hệ giữa các đại lượng dây và pha trong mạch ba pha đối xứng và tải cân bằng 66

2.2.7 Cách giải mạch ba pha 66

Mạch ba pha đối xứng 66

2.2.8 Công suất mạch ba pha 68

Chương 3 Máy điện 84

3.1 Từ trường và các hiện tượng cảm ứng điện từ 84

3.1.1 Khái niệm về từ trường 84

3.1.2 Từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng 85

3.1.3 Từ trường của dòng điện trong ống dây 85

3.1.4 Hiện tượng cảm ứng điện tưØ 86

3.2 Máy biến áp 89

3.2.4 Máy biến áp 3 pha 92

3.3.5 Máy biến áp đặc biệt 94

3.3 Máy điện không đồng bộ 95

3.3.1 Khái niệm 95

3.3.3 Cấu tạo - Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ 3 pha 96

3.3.5 Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha 101

3.3.6 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha 107

3.3.7 Các phương pháp hãm động cơ KĐB ba pha 109

3.3.8 Các Phương pháp kiểm tra bộ dây quấn stator của động cơ KĐB ba pha 109

3.3.9 Động cơ không đồng bộ một pha 111

3.4 Máy điện một chiều 115

3.4.1 Khái niệm 116

3.4.2 Cấu tạo máy điện một chiều: gồm hai phần 116

Chương 4 Khí cụ điện – Mạch điện 133

4.1 Khí cụ điện hạ áp 133

4.1.1 Cầu chì 133

4.1.2 Cầu dao 135

4.1.3 Aùptômát (Cầu dao tự động ngắt khi có sự cố) 137

4.1.4 Công tắc tơ (Contactor - Magnetic switch) 141

4.1.5 Rơ le nhiệt 142

4.1.6 Khởi động từ (Magnetic start) 143

4.1.7 Nút nhấn 144

4.1.8 Công tắc hành trình 144

4.1.9 Lựa chọn khí cụ điện hạ áp 145

4.2 Mạch máy công nghiệp 146

4.2.1 Phân loại sơ đồ 146

4.2.2 Mạch điện điều khiển mở máy và bảo vệ động cơ không đồng bộ 3 pha 147

4.2.3 Mạch điện điều khiển đảo chiều quay động cơ không đồng bộ 3 pha 149

Các mạch điện tự động khống chế 151

4.2.4 Mạch điện điều khiển mở máy động cơ KĐB 3 pha bằng đổi nối sao Y –  153

Chương 1

Mạch điện một chiều

1.1 Mạch điện và các phần tử của mạch điện

1.1.1 Khái niệm cơ bản về mạch điện

Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện được nối với nhau bằng dây dẫn thành nhữngvòng kín, trong đó có dòng điện chạy qua

Mạch điện bao gồm: nguồn điện, vật tiêu thụ điện (phụ tải) và dây dẫn điện và cácphần tử phụ trợ như đóng cắt, bảo vệ, đo lường…

Hình vẽ để biểu diễn bằng các ký hiệu qui ước gọi là sơ đồ mạch điện

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

như pin, ắc quy (năng lượng hóa học); máy phát điện 1 chiều, máy phát điện gió (năng lượng

cơ học); pin mặt trời (năng lượng mặt trời- quang học)…

Phụ tải (hay tải): là các thiết bị điện tiêu thụ điện năng biến đổi thành các dạng năng

lượng khác như quang năng (đèn điện), cơ năng (động cơ điện), nhiệt năng (bếp điện)

Dây dẫn: dùng để dẫn dòng điện từ nguồn điện đến phụ tải.

Các thiết bị phụ trợ: như thiết bị đóng cắt (cầu dao, công tắc…); thiết bị bảo vệ (cầu chì,

áp tô mát…), thiết bị đo điện (vôn kế, ampe kế…)

1.1.2 Kết cấu hình học của mạch điện

Nhánh: là 1 đoạn mạch gồm những phần tử ghép nối tiếp nhau, trong đó có cùng 1

dòng điện chạy thông từ đầu nọ đến đầu kia

Nút: là giao điểm của 3 nhánh trở lên

Vòng (mạch vòng): là một lối đi khép kín qua các nhánh.

Ví dụ 1.1: Cho mạch điện như hìnhvẽ Cho biết mạch điện trên bao gồm bao nhiêu nhánh,

bao nhiêu nút, bao nhiêu vòng?

3 nhánh:

 Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1

 Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2

 Nhánh 3: gồm phần tử R3

2 nút: A và B

3 vòng:

 Vòng 1: qua các nhánh (1, 3, 1)

 Vòng 2: qua các nhánh (2, 3, 2)

 Vòng 3: qua các nhánh (1, 2, 1)

1.1.3 Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch điện

1.1.3.1 Dòng điện

Dòng điện là dòng các điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng của điện trường

Qui ước: Chiều dòng điện hướng từ cực dương về cực âm của nguồn hoặc từ nơi có điện

thế cao đến nơi có điện thế thấp

Cường độ dòng điện I là đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện Cường độ dòngđiện được tính bằng lượng điện tích chạy qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong một đơn vịthời gian

dt

dq

Đơn vị của dòng điện là ampe (A)

Bản chất dòng điện trong các môi trường :

- Trong kim loại: lớp ngoài cùng của nguyên tử kim loại có rất ít electron, chúng liênkết rất yếu với các hạt nhân và dễ bật ra thành các electron tự do Dưới tác dụngcủa điện trường các electron tự do này sẽ chuyển động có hướng tạo thành dòngđiện

- Trong dung dịch: các chất hoà tan trong nước sẽ phân ly thành các ion dương tự dovà các ion âm tự do Dưới tác dụng của điện trường các ion tự do này sẽ chuyểnđộng có hướng tạo nên dòng điện

- Trong chất khí: khi có tác nhân bên ngoài (bức xạ lửa, nhiệt…) tác động, các phầntử chất khí bị ion hoá tạo thành các ion tự do Dưới tác dụng của điện trường chúngsẽ chuyển động tạo thành dòng điện

1.1.3.2 Điện áp

Điện áp là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích lũy năng lượng của dòng điện Trongmạch điện, tại các điểm đều có một điện thế  nhất định Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi làđiện áp U

B A AB

Trong đó: A: điện thế tại điểm A

 : điện thế tại điểm B

AB

U : hiệu điện thế giữa A và B

Đơn vị điện áp là vôn (V) Ký hiệu: U, u(t)

Đơn vị công suất là watt (W)

Đối với mạch điện xoay chiều, công thức tính công suất tác dụng như sau:

Trong đó: U: là điện áp hiệu dụng

I : là dòng điện hiệu dụng

 : góc pha ban đầu của dòng điện

1.1.4 Các phần tử cơ bản của mạch điện

Hình 1.4 Ký hiệu tụ điện

C là điện dung của tụ điện đơn vị là Farad (F)

Gọi q là điện tích trên tụ ta có:

u c

Hay

dt

du c dt

1.1.4.5 Nguồn điện áp độc lập

Nguồn điện áp độc lập là phần tử hai cực mà điện áp của nó không phụ thuộc vào giátrị dòng điện cung cấp từ nguồn và bằng sức điện động của nguồn

)()(t e t

Hình 1.5 Nguồn điện áp độc lậpNguồn áp một chiều:

Hình 1.6Nguồn áp xoay chiều:

Hình 1.7

1.1.4.6 Nguồn dòng độc lập

Nguồn dòng độc lập là phần tử hai cực mà dòng điệncủa nó không phục thuộc vào giátrị điện áp trên hai cực nguồn

)(

)

(t j t

Hình 1.8 nguồn dòng độc lập

1.1.4.7 Nguồn phụ thuộc

Nguồn áp phụ thuộc:

Nguồn dòng phụ thuộc:

Nguồn áp điều khiển nguồn áp: (Nguồn áp phụ thuộc áp)

Hình 1.9 Nguồn áp phụ thuộc ápPhần tử này phát ra điện áp U2 phụ thuộc vào điện áp U1 (Khi U1 thay đổi thì điện áp U2

thay đổi theo) theo biểu thức :

U2 = αU1, α: không có thứ nguyên

Nguồn áp điều khiển nguồn dòng: (Nguồn dòng phụ thuộc áp)

Hình 1.10 Nguồn dòng phụ thuộc ápPhần tử này phát ra dòng I2 phụ thuộc vào điện áp U1 (Khi U1 thay đổi thì dòng điện I2

thay đổi theo) theo hệ thức:

I2 = gU1 Đơn vị đo của g là Siemen (S) hoặc mho ( Ω-1)

Nguồn dòng điều khiển nguồn dòng: (Nguồn dòng phụ thuộc dòng)

Phần tử này phát ra dòng I2 phụ thuộc vào dòng I1 (Khi I1 thay đổi thì dòng điện I2 thayđổi theo) theo biểu thức:

I2 = I1, : không có thứ nguyên

Hình 1.11 Nguồn dòng phụ thuộc dòng

Nguồn dòng điều khiển nguồn áp: (Nguồn áp phụ thuộc dòng)

Hình 1.12 Nguồn áp phụ thuộc dòngPhần tử này phát ra điện áp U2 phụ thuộc vào dòng điện I1 (Khi I1 thay đổi thì điện áp

U2 thay đổi theo) theo biểu thức:

U2 = R I1 Đơn vị đo R là ohm (Ω)

1.1.6 Các phương pháp ghép nối nguồn điện

Trong thực tế ta có thể ghép nối các nguồn điện một chiều để tăng dung lượng hoặc đạtđược các mức điện áp phù hợp với nhu cầu sử dụng

Ghép nối tiếp các nguồn điện: khi cần điện áp một chiều lớn hơn điện áp của các nguồn

điện riêng lẻ, ta có thể ghép nối tiếp các nguồn điện để đạt được mức điện áp phù hợp vớinhu cầu sử dụng

Ví dụ: ghép nối tiếp 3 nguồn điện DC có cùng sức điện động

Ghép song song các nguồn điện: khi cần tăng dung lượng của bộ nguồn ta có thể mắc song

song các nguồn điện một chiều

Ví dụ: ghép song song 3 nguồn điện DC có cùng sức điện động

Ghép hỗn hợp các nguồn điện: ta cũng có thể ghép hỗn hợp các nguồn điện một chiều để đạt

được thông số phù hợp về cả điện áp và dung lượng của bộ nguồn

Ví dụ: ghép hỗn hợp 6 nguồn điện DC có cùng sức điện động

Hình 1.14Chọn chiều của vòng cùng chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ Nếuchiều vòng đi từ cực dương sang cực âm của nguồn áp thì giá trị nguồn áp mang giá trịdương Nếu chiều vòng đi từ cực âm sang cực dương của nguồn áp thì giá trị nguồn áp mangdấu âm.

Ví dụ 1.3: Cho mạch điện như hình 1.17, Viết phương trình định luật Kirchhoff 2

Giải:

Chọn chiều dương cho các mạch vòng như hình vẽ:

Định luật K2 cho vòng 1 (V1):

0

1 3 3 1

2R  I R E 

I

1.3 Ứng dụng nguồn điện một chiều

- Nguồn điện một chiều được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế như: ăc quy dùng cho ơ

tơ, xe máy, hệ thống năng lượng mặt trời,…

- Pin năng lượng dùng cho điện thoại, các thiết bị đo,…

- Nguồn một chiều dùng cho các mạch điện tử

1.4 Các phương pháp giải mạch điện một chiều

1.4.1 Phương pháp biến đổi tương đương mạch

Trong thực tế đôi khi cần làm đơn giản một phần mạch thành một phần mạch tươngđương 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 vòng và nhánh hơn mạch trước đó và do đó làm giảm đi số phươngtrình phải giải

Hai phần mạch được gọi là tương đương nếu quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên cáccực của hai phần mạch là như nhau

Một phép biến đổi tương đương không làm thay đổi dòng điện và điện áp trên các nhánh

ở các phần của sơ đồ không tham gia vào phép biến đổi

Nguồn sức điện động nối tiếp

1 1

1 I R

U 

2 2

U 

…………

n n

tđ n

U U

Như vậy, đối với một mạch điện có các điện trở mắc nối tiếp, ta có:

- Dòng điện chạy qua các điện trở là như nhau

- Điện áp của toàn mạch bằng tổng điện áp trên các điện trở

- Điện trở tương đương của mạch bằng tổng các điện trở thành phần

Mạch điện trở mắc song song

Hình 1.18Áp dụng định luật Ohm ta có:

)

2 2 1

I

tđ n

n

R

U R

R R U I I

I

I      ( 1  1   1 )

2 1 2

111

(1.23)Như vậy trong mạch điện có các điện trở mắc song song:

- Điện áp rơi trên các thành phần là như nhau

- Dòng điện qua mạch bằng tổng các dòng điện qua các thành phần

- Nghịch đảo của điện trở tương đương bằng tổng nghịch đảo của các điện trở thành phần

Mạch chia dòng điện

Hình 1.19

2 1

2 1

R R

R I I



2 1

1 2

R R

R I I



Mạch chia áp

Hình 1.20

1 1

R

R R R R

1

3 2 3 2 23

R

R R R R

2

3 1 3 1 13

R

R R R R

Biến đổi tương đương điện trở mắc hình  =>YY

Hình 1.22

13 23 12

13 12 1

R R R

R R R





13 23 12

23 12 2

R R R

R R R





13 23 12

23 13 3

R R R

R R R

1.4.2 Phương pháp dòng nhánh

Phương pháp này sử dụng định luật Kirchhoff 1 (K1) và Kirchhoff 2 (K2) để giải mạchđiện

Giả sử mạch điện có d nút và n nhánh Theo phương pháp dòng nhánh, đầu tiên ta tìm ndòng điện nhánh bằng cách viết n phương trình độc lập đối với n dòng nhánh gồm:

(d-1) phương trình cho (d-1) nút dùng định luật K1

(n-d+1) phương trình viết cho (n-d+1) vòng hoặc mắt lưới dùng định luật K2

Giải hệ n phương trình đại số tuyến tính này ta tìm được dòng điện trong các nhánh Từđó có thể suy ra điện áp trên các phần tử, công suất nguồn, công suất tải…

1.4.3 Phương pháp dòng mắt lưới

Theo phương pháp này, đối với mỗi mắt lưới ta gán cho nó một biến (không có ý nghĩavật lý gọi là dòng điện mắt lưới, tưởng tượng chạy dọc theo các nhánh của mắt lưới.

Xét mạch điện như hình vẽ:

Hình 1.24Giả sử dòng . 1

=> R1Im1 R3( Im1 Im2)  E1 E3 (1.39)Viết phương trình Kichhoff 2 cho mắt lưới thứ nhất (2):

3 2 3 3 2

=> R2(  Im2)  R3( Im1 Im2)  E2  E3 (1.41)Giải hệ phương trình gồm 2 phương trình (1 ) và (1.)ta suy ra được nghiệm I m1 và I m2

Từ đó ta suy ra được các dòng điện chạy trong nhánh và các đại lượng cần tính toán

1.4.4 Phương pháp điện thế nút

Hiệu điện thế giữa hai điểm A, B được định nghĩa:

B A AB

Hình 1.25Gọi A là điện thế nút A, B là điện thế nút B, C là điện thế nút C

Chọn nút C làm nút gốc: C 0

Lập phương trình Kirchhoff 1 cho nút A:

J J R

U R

1

J J R

R

B A C A

2 1

1 1

1

J J R

2 1 2 1

J J R

U R

1

J J R

R

B A C

A      



(1.39)

2 1 2

2 1

1 1

1

J J R

2

3

.

J J I

3

2

3

1

3 2 2

2 2

1

J J

J J Y

Y Y

Y Y

Câu hỏi - Bài tập Chương 1:

1.1 Nêu định nghĩa mạch điện? Cho biết thế nào là nhánh, nút, mạch vòng?

1.2 Trình bày đại lượng đặc trưng của mạch điện như dòng điện, điện áp, điện trở, điện cảm,tụ điện ?

1.3 Thế nào là nguồn áp, nguồn dòng và ký hiệu các nguồn phụ thuộc?

1.4 Trình bày phân lọai, các chế độ làm việc của mạch điện ?

1.5 Nêu phát biểu và biểu thức toán học của định luật Ohm, định luật Kirchoff 1 và 2 ?

1.6 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Cho biết số nhánh, số mạch vòng có thể trong mạch điện?

b) Viết các phương trình K1, K2 ?

c) Viết công thức công suất phát ra của nguồn và công suất tiêu thụ trên các nhánh điện

trở

1.7 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Cho biết số nhánh, số mạch vòng có thể trong mạch điện?

b) Viết các phương trình K1, K2 ?

c) Viết công thức công suất phát ra của nguồn và công suất tiêu thụ trên các nhánh điện trở

1.8 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Cho biết số nhánh, số mạch vòng có thể có trong mạch điện?

b) Viết các phương trình K1, K2 ?

1.9 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Cho biết số nhánh, số mạch vòng có thể có trong mạch điện?

b) Viết các phương trình K1, K2 ?

c) Viết công thức công suất phát ra của nguồn và công suất tiêu thụ trên các nhánh điện trở

1.10 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Cho biết số nhánh, số mạch vòng có thể có trong mạch điện?

b) Viết các phương trình K1, K2 ?

c) Viết công thức công suất phát ra của nguồn và công suất tiêu thụ trên các nhánh điện trở

1.11 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Tính dòng điện trên các nhánh?

b) Tính điện áp rơi trên các điện trở?

Đáp số:

a) I1 = 3A, I2 = -2A, I3 = 1A ( Chiều của I2 trên hình vẽ ngược chiều thực tế) b) UR1 = 6V, UR2 = 3V, UR3 = 3V

1.12 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Tính dòng điện trên các nhánh?

b) Tính điện áp rơi trên các điện trở?

Đáp số:

a) I1 = 0,75A, I2 = 3,375A, I3 = 4,125A

b) UR1 = 0,75V, UR2 = 6,75V, UR3 = 8,25V

1.13 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tính dòng điện trên các nhánh?

Đáp số: I1 = 5A, I2 = 2A, I3 = 3A

1.14 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Tính I1, I2, I3?

b)Tính UR1, UR2, UR3?

Đáp số:

a) I1 = 2A, I2 = 1A, I3 = 3A

b) UR1 = 6V, UR2 = 9V, UR3 = 9V

1.15 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Tính I1, I2, I3?

b) Tính UR1, UR2, UR3, UR4?

Đáp số:

a) I1 = 1,5A, I2 = 0,75A, I3 = 0,75A

b) UR1 = 12V, UR2 = 3V, UR3 = 9V, UR4 = 12V

1.16 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tìm I, Uab? Biết hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R1 là 12V.

Đáp số: I = 3A, Uab = 21V

1.17 Cho mạch điện như hình vẽ

Tìm I, R, P nguồn và P tải?

Đáp số: I = 7A, R = 6Ω, Pnguồn = 656W, Ptải = 656W

1.18 Cho mạch điện như hình vẽ:

a

Tìm cường độ dòng điện chạy trong các nhánh và điện áp U đặt trên điện trở R Biếtrằng dòng điện chạy qua điện trở 6 là 1A.

Đáp số: I1 = 4A, I2 = 2A, I3 = 2A, I4 = 3A, I5 = 6A, U = 30V

1.19 Cho mạch điện như hình vẽ:

a) Tính dòng điện trên các nhánh?

b) Nghiệm lại sự cân bằng công suất trong mạch?

Đáp số:

a) I1 = 4A, I2 = 2A, I3 = 1,2A , I4 = 0,8A

b) Pnguồn = 48W, Ptải = 48W, Pnguồn = Ptải

1.20 Cho mạch điện như hình vẽ:

1.23 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tìm dòng điện I1?

Đáp số: I1 = 2A

1.24 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tìm dòng điện I1, I2, I3, I4, I5?

Đáp số: I1 = 5A, I2 = 4A, I3 = 2A , I4 = -7A, I5 = 6A

1.25 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tìm điện áp V1 ,V2 ,V3 ?

Đáp số: V1 =24V, V2 = -4V, V3 = 20V

1.26 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tính công suất tiêu thụ trên điện trở 12 Ohm?

Đáp số: I1 = 15A, I2 = 10A

1.29 Cho mạch điện như hình vẽ:

-Nghiệm lại sự cân bằng công suất trong mạch?

Đáp số: Pnguồn = 150W, Ptải = 150W, Pnguồn = Ptải

1.30 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tính I?

Đáp số: I = 4A

1.31 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tìm I và nghiệm lại sự cân bằng công suất trong mạch?

Đáp số: Iab = 4A, Iac = 3,78A, Uab = 36V , Uac = 34V

1.35 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tính công suất trên điện trở 4 Ohm?

Đáp số: P = 4W

1.36 Cho mạch điện như hình vẽ:

Tính I1, I2, I3, I4, I5, I6?

Đáp số: I1 = 9A, I2 = 4A, I3 = 12A , I4 = 1A, I5 = 1A, I6 = 13A

Chương 2

Mạch điện xoay chiều

2.1 Mạch điện xoay chiều hình sin một pha

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều và trị số biến thiên theo thời gian Nếu sựbiến đổi đó tuân theo qui luật hàm sin thì gọi là dòng điện xoay chiều hình sin

Dạng tổng quát của dòng điện xoay chiều hình sin như sau:

iImsin(ti) (2.1)

i : là trị số tức thời của dòng điện

Im: là giá trị cực đại của dòng điện (hay là biên độ của dòng điện)

: là tần số góc

i

 : là góc pha ban đầu của dòng điện

Hình 2.1 Dòng điện xoay chiều hình sin

2.1.2 Các đại lượng cơ bản của mạch điện xoay chiều hình sin

- Chu kỳ: Là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại trị số và chiều biến thiên cũ.

Chu kỳ có ký hiệu là T, đơn vị: giây (s)

- Tần số: Là số chu kỳ mà dòng điện thực hiện được trong một đơn vị thời gian (trong 1

giây) Tần số có ký hiệu là f, đơn vị là hertz (Hz)

- Tần số góc: Là tốc độ biến thiên của dòng diện hình sin Tần số góc có ký hiệu là  ,

đơn vị là rad/s

- Quan hệ giữa tần số góc và tần số:

- Trị tức thời của dòng điện: trị số tức thời là trị số ứng với thời điểm t, ký hiệu là i.

Trong biểu thức (2.1) trị số tức thời phụ thuộc vào biên độ I0 và góc pha ( t  i)

- Biên độ I m: là trị số cực đại của dòng điện i

- Góc pha ( t  i)nói lên trạng thái của dòng điện ngay tại thời điểm t Ở thời điểm t =

0 thì góc pha của dòng điện là i i gọi là góc pha ban đầu của dòng điện Góc phaban đầu i phụ thuộc vào thời điểm chọn làm gốc thời gian

Hình 2.2 Góc pha ban đầu của dòng điện khi chọn các mốc thời gian khác nhau

- Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện:

Giả sử cho dòng điện iI msin( t i) và uU msin( t u)

Trong đó: Um, u là biên độ và góc pha của điện áp

Để biểu diễn góc lệch pha giữa 2 đại lượng điện áp và dòng điện chúng phải có cùng tần số góc, cùng hàm sin hoặc hàm cos

Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện ký hiệu là 

i u i

Hình 2.3 Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện

Ví dụ 2.1: Cho hai đại lượng điều hòa có cùng tần số góc

)602sin(



i

Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện: u i 600  300 300

Vậy: u nhanh pha hơn i một góc 300

Ví dụ 2.2: Cho hai đại lượng điều hòa có cùng tần số góc

)602sin(

Do u và i không cùng dạng sin và cos nên ta phải chuyển sang dạng cos hoặc sin

Ta đổi: 20cos2 20sin(2 900)





i

Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện: u i 600  900 300

Vậy: u chậm pha hơn i một góc 300

Trị hiệu dụng của dòng điện:

Trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là giá trị tương đương của dòng điện mộtchiều khi chúng đi qua cùng một điện trở trong thời gian một chu kỳ thì toả ra cùng một nănglượng dưới dạng nhiệt như nhau Kí hiệu bằng chữ in hoa: I, U, E …

Người ta chứng minh được quan hệ giữa trị hiệu dung và trị biên độ của dòng điện xoaychiều hình sin như sau:

0,7072

m

m

E

2.1.3 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin

2.1.3.1 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng đồ thị hình sin

Muốn biểu diễn đồ thị tức thời của dòng điên xoay chiều ta dựa vào góc pha ban đầu và trị biên độ Trên hệ trục tọa độ vuông góc với trục hoành biểu diễn góc pha ùt và trục tung biển diễn độ lớn của dòng điện Ứng với giá trị góc pha ùt khác nhau ta sẽ xác định được giá trị dòng điện, nối các điểm đó lại ta được đồ thị tức thời của dòng điện xoay chiều cần biểu điễn

2.1.3.2 Biểu diễn dòng điện xoay chiều hình sin bằng véc tơ

Từ biểu thức trị số tức thời của dòng điện

Ta thấy khi tần số đã cho, nếu biết trị số hiệu dụng I, và pha ban đầu i , thì i hoàn

toàn xác định Vectơ được đặc trưng bởi độ dài (độ lớn, mô đun) và góc (argument), từ đó tacó thể dùng véctơ để biểu diễn dòng điện hình sin

Độ lớn của vectơ được biểu diễn bằng trị số hiệu dụng I

Góc của véc tơ với trục Ox chính là góc pha ban đầu

Ký hiệu như sau:

Vectơ dòng điện: IIiVectơ dòng điện: U U   u

Hình 2.4 Biểu diễn véc tơ của điện áp và dòng điện

Ví dụ 2.3 : Hãy biểu diễn dòng điện, điện áp bằng vectơ và chỉ ra góc lệch pha, cho biết:

)10sin(

Ta không thể cộng trực tiếp trị số tức thời đã cho, mà phải biểu diễn chúng thành vectơ:

)87,36sin(

2

2.1.3.3 Biểu diễn dòng điện hình sin bằng số phức

Khái niệm về số phức:

Đơn vị ảo, ký hiệu là i, là một số mà bình phương bằng -1 :

Z là số mà trong thành phần của nó gồm hai thành phần: thành phần số thực

a và thành phần số ảo jb

Đổi từ dạng đại số sang dạng cực , dạng mũ

Trong kỹ thuật điện thường sử dụng dạng đại số và dạng cực

Ví dụ 2.5: Cho Z.  3 j4 Hãy chuyển sang dạng cực

Giải

Ta có: z  a2 b2  32 42 5

0

4533

b arctg arctg a

Vậy: Z  . 5 530

Ví dụ 2.6: Z.  8 j6 Hãy chuyển sang dạng cực Z. z 

Ta có: z  a2 b2  82  ( 6)2 10

0

6378

b arctg arctg a

Một số phép tính đối với số phức:

Cộng, trừ số phức: để cộng (trừ) số phức, ta biến đổi chúng về dạng đại số rồi cộng (trừ)

phần thực với phần thực, phần ảo với phần ảo

Cho 2 số phức C.1 a1  jb1 và C. 2 a2  jb2

)(

)(

)(

)

2

1

.

b b j a a jb a jb a C

)(

)(

)(

)

2

1

.

b b j a a jb a jb a C

Ví dụ 2.8: Cho 2 số phức C.1 4 j2 và C. 2 5 j4

69)42()54()45()24(

2

1

.

j j

j j

Nhân, chia số phức:

Khi nhân (chia) ta nên đưa về dạng mũ: Nhân (chia) hai số phức, ta nhân (chia) môđun còn argument (góc) thì cộng (trừ) cho nhau

Cho C.1C1 1 và C.2 C2 2

C C C  C  C C   (2.19)

Cho C.1 a1  jb1 và C. 2 a2  jb2

)(

)

(

)).(

(

1 2 2 1 2

1 2 1

2 1

2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 1 2

1

b a b a j b b a a

b b j jb a jb a a a jb a jb a C C

2 2

2 1 1 2 2

1 2 1 2

2 2 2

2 2 1 1 2 2

1 1 2 1

.

)(

)(

))(

(

))(

(

b a

b ja b a j b b a a jb

a jb a

jb a jb a jb a

jb a C



C

)150(10)6090(10602.905

5)6090(2

5602

90

0 0

Ghi chú: Khi thực hiện phép toán trên máy tính Casio Fx570MS, 570ES,

570ES Plus thì mặc định nhập số phức theo dạng như sau: a+bi Nếu nhập số phức theo dạng

a+ib thì phải có dấu nhân (x) giữa i và b.

Để đổi các dạng số phức (Từ dạng đại số sang dạng cực và ngược lại) ta có dùng máy tính Casio nói trên, cách sử dung như sau: Bấm ON + MODE + 2 chuyển sang chế độ Số phức (COMPLEX- CMPLX).

* Đổi từ dạng đại số sang dạng cực:

* Đổi từ dạng cực sang đại số:

Ta có thể thực hiện phép cộng, trừ, nhân, chia các số phức và đổi các dạng số phức như trên.

Quy tắc biểu diễn các đại lượng điện hình sin bằng số phức: ta có thể biểu diễn các đại

lượng hình sin bằng biên độ phức hoặc hiệu dụng phức:

- Môđun (độ lớn) của số phức là trị số hiệu dụng hoặc biên độ (giá trị cực đại)

- Acrgumen (góc) của số phức là pha ban đầu

Biên độ phức Hiệu dụng phứcDòng điện iI msin(ti) .

.