Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy ở trình độ Cao đẳng/Trung cấp nghề được biên soạn mang tính chọn lọc, khoa học, sát thực tế và hướng học lên chương trình sau Cao đẳng. Nội dung giáo trình gồm có: Khái niệm cơ bản về mạch điện; Mạch điện một chiều; Mạch điện xoay chiều hình sin 1 pha; Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha.
Trang 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP/CƠ ĐIỆN TỬ/ĐIỆN LẠNH
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ -… ngày…….tháng….năm của Hiệu
trưởng Trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh
Hà Tĩnh, năm 2020
Trang 2GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm
Trang 3GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 2
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình môn học mạch điện được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình khung đào tạo nghề Điện công nghiệp đã được trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh phê duyệt
Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy ở trình độ Cao đẳng/Trung cấp nghề được biên soạn mang tính chọn lọc, khoa học, sát thực tế và hướng học lên chương trình sau Cao đẳng
Nội dung giáo trình gồm;
Bài mở đầu: Khái niệm cơ bản về mạch điện
Chương I: Mạch điện một chiều
Chương II: Mạch điện xoay chiều hình sin 1 pha
Chương III: Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha
Áp dụng việc đổi mới trong phương pháp dạy và học cũng như việc áp dụng các phần mềm như trong dạy học như: Kahoot, Microsoft team, giáo trình đã biên soạn cả phần nội dung bài học và phần câu hỏi, bài tập để đánh giá khả năng tiếp thu của người học ngay tại lớp cũng như về nhà 1 cách khách quan và tăng thêm tính năng động cho người học
Trong quá trình biên soạn có thể có những sai sót, rất mong được sự góp ý của Hội đồng thẩm định giáo trình, các đồng nghiệp cũng như các bạn học sinh, sinh viên để giáo trình được hoàn thiện hơn
Hà Tĩnh, ngày tháng năm 2020
Tác giả: Thái Thị Quyền
Trang 4GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 3
MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 1
LỜI GIỚI THIỆU 2
MỤC LỤC 3
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC 5
Bài mở đầu: Các khái niệm cơ bản về mạch điện 8
1 Mạch điện 8
1.1 Định nghĩa 8
1.2 Phân loại 8
2 Các khái niệm cơ bản trong mạch điện 9
2.1 Dòng điện và cường độ dòng điện 9
2.2 Điện áp 9
3 Các phép biến đổi tương đương 9
3.1 Điện trở ghép nối tiếp 9
3.2 Điện trở ghép song song 10
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: 10
Chương I: Mạch điện một chiều 13
1 Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều 14
1.1 Định luật ôm (Ohm) 14
1.2 Hai định luật Kirchhoff 15 1.3 Công suất và điện năng trong mạch 1 chiều .Error! Bookmark not defined
2 Các phương pháp giải mạch một chiều .Error! Bookmark not defined.
2.1 Phương pháp biến đổi điện trở Error! Bookmark not defined 2.2 Phương pháp dòng điện nhánh Error! Bookmark not defined CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: Error! Bookmark not defined Chương II: Mạch điện xoay chiều hình sin 1 pha Error! Bookmark not defined
1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều .Error! Bookmark not defined 1.1 Định nghĩa về dòng điện xoay chiều hình sin .Error! Bookmark not defined 1.3 Các đại lượng đặc trưng (giá trị tức thời, hiệu dụng và cực đại) Error! Bookmark not defined.
Trang 5GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 4
1.4 Pha và sự lệch pha Error! Bookmark not defined
2 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh Error! Bookmark not defined 2.1 Giải mạch thuần trở, thuần cảm, thuần dung Error! Bookmark not defined 2.2 Giải mạch R- L – C nối tiếp Error! Bookmark not defined
3 Công suất mạch điện xoay chiều Error! Bookmark not defined CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Error! Bookmark not defined Chương III: Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha Error! Bookmark not defined
1 Khái niệm chung Error! Bookmark not defined 1.1 Hệ thống ba pha cân bằng Error! Bookmark not defined 1.2 Ý nghĩa của nguồn 3 pha 4 dây Error! Bookmark not defined
2 Sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha cân bằng Error! Bookmark not defined 2.1 Định nghĩa về cuộn dây pha, điện áp dây, điện áp pha, dòng điện dây và dòng điện pha.
Error! Bookmark not defined
2.2 Đấu dây hình sao (Y) Error! Bookmark not defined 2.3 Đấu dây hình tam giác () Error! Bookmark not defined 2.3.1 Cách đấu Error! Bookmark not defined.
3 Công suất mạng ba pha cân bằng Error! Bookmark not defined 3.1 Công suất tác dụng P Error! Bookmark not defined 3.2 Công suất phản kháng Q Error! Bookmark not defined 3.3 Công suất biểu kiến S Error! Bookmark not defined 3.4 Bài tập ứng dụng Error! Bookmark not defined CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 19
Trang 6GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 5
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Mạch điện
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:
- Vị trí: Môn học mạch điện được bố trí học sau các môn học chung và học trước các môn học, mô đun chuyên môn nghề
- Tính chất: Là môn học thuộc phần các môn học/mô đun cơ sở
- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Môn học Mạch điện trang bị cho người học các kiến thức cơ bản về các đại lượng như: dòng điện, điện áp, công suất, điện năng và kỹ năng tính toán các đại lượng đó để tính chọn thiết bị điện nhằm làm tiền đề cho các mô đun thực hành
Mục tiêu môn học:
- Về kiến thức:
Trình bày được các khái niệm về mạch điện, dòng điện, điện áp; tính chất của mạch xoay chiều; cách tính dòng điện, điện áp, công suất của mạch một chiều, xoay chiều; các phương pháp nối cuộn dây 3 pha; các phương pháp giải mạch điện cơ bản (phương pháp dòng điện nhánh, mạch 3 pha đối xứng); Phát biểu được các định luật trong mạch điện như định luật ôm, định luật Kirchhoff
- Về kỹ năng:
Phân biệt được dòng điện 1 chiều với xoay chiều; xác định được công suất 1 chiều
và xoay chiều; nối được các cuộn dây 3 pha theo phương pháp sao, tam giác và phân biệt được điện áp pha, điện áp dây; Vận dụng các định luật và các phương pháp giải mạch điện để giải được các bài toán mạch điện cơ bản như:
+ Mạch thuần trở, thuần cảm, thuần dung, mạch R-L-C nối tiếp
+ Mạch 3 pha đối xứng
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc trong điều kiện làm việc thay đổi;
+ Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm đối với nhóm;
+ Đánh giá chất lượng công việc sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện của các thành viên trong nhóm
III Nội dung môn học:
1 Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:
Số
Thời gian (giờ)
Tổng
số
Lý thuyết
Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập
Kiểm
tra
1 Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản về
mạch điện
1.1 Định nghĩa
Trang 7GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 6
1.2 Phân loại
2 Các khái niệm cơ bản trong mạch
điện
1
2.1 Dòng điện và cường độ dòng điện
2.2 Điện áp
3 Các phép biến đổi tương đương 1 2
3.1 Điện trở ghép nối tiếp
3.2 Điện trở ghép song song
1 Các định luật và biểu thức cơ bản
trong mạch một chiều
1.1 Định luật ôm
1.2 Hai định luật Kirchhoff
1.3 Công suất và điện năng trong mạch
1 chiều
2 Các phương pháp giải mạch một
chiều
2.1 Phương pháp biến đổi điện trở 3 2
2.2 Phương pháp dòng điện nhánh 2 7 1
3 Chương II Mạch điện xoay chiều hình
sin 1 pha
1 Khái niệm về dòng điện xoay chiều 3
1.1 Định nghĩa về dòng điện xoay chiều
hình sin
1.2 Chu kỳ, tần số và tần số góc của
dòng điện xoay chiều
1.3 Các đại lượng đặc trưng (giá trị tức
thời, hiệu dụng và cực đại)
1.4 Pha và sự lệch pha
2 Giải mạch R – L – C nối tiếp 3 8 1
2.1 Giải mạch thuần trở, thuần cảm,
thuần dung
2.2 Giải mạch R- L – C nối tiếp 2 7 1
4 Chương III Mạch điện xoay chiều
hình sin ba pha
1.1.Hệ thống ba pha cân bằng
1.2 Ý nghĩa của nguồn 3 pha 4 dây
2 Sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha cân
bằng
2.1 Định nghĩa về cuộn dây pha, điện
áp dây, điện áp pha, dòng điện dây và
dòng điện pha
2.2 Đấu dây hình sao (Y)
2.3 Đấu dây hình tam giác ()
2.4 Đấu tải vào nguồn 3 pha
Trang 8GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 7
3 Công suất mạng ba pha cân bằng 1 1
3.1 Công suất tác dụng P
3.2 Công suất phản kháng Q
3.3 Công suất biểu kiến S
3.4 Bài tập ứng dụng
4 Phương pháp giải mạng ba pha cân
bằng
4.1 Đặc điểm và phương pháp giải
4.2 Bài tập ứng dụng
5 Mạng ba pha bất đối xứng có dây
trung tính (mạng điện sinh hoạt)
5.1 Đặc điểm và phương pháp giải
5.2 Bài tập ứng dụng
Trang 9GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 8
Bài mở đầu: Các khái niệm cơ bản về mạch điện Giới thiệu
Mạch điện là môn học cơ sở kỹ thuật quan trọng trong quá trình đào tạo công nhân lành nghề, kỹ sư các ngành kỹ thuật như điện công 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 còn có thể vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác
Ở bài mở đầu chủ yếu tập trung các khái niệm về mạch điện và các phép biến đổi tương đương nhằm đưa mạch điện về dạng đơn giản hơn
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm về mạch điện, các đại lượng đặc trưng trong mạch điện;
- Phân biệt được bản chất, đơn vị và tính toán được dòng điện, điện áp, công suất
và điện năng; Biến đổi được mạch điện theo phương pháp: Điện trở mắc nối tiếp, song song
- Có ý thức học tập tích cực, tự giác
Nội dung:
1 Mạch điện
1.1 Định nghĩa
Mạch điện là tập hợp tất cả các thiết bị điện như: nguồn điện, phụ tải, dây dẫn, và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, đo lường (nếu có) nối với nhau tạo thành những vòng kín
mà trong đó dòng điện có thể chạy qua Quá trình điện từ trong mạch điện có thể biểu diễn bằng các đại lượng điện như: sức điện động, dòng điện và điện áp
Như vậy ba điều kiện cần và đủ của mạch điện đó là: nguồn điện, dây dẫn và phụ tải, trong đó:
Nguồn điện: là nơi cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho mạch, nguồn
điện có chức năng biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang năng lượng điện (điện năng), ví dụ máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng), ắc quy (biến đổi hóa năng thành điện năng)
Phụ tải: Là thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện Phụ tải biến đổi năng
lượng điện sang các dạng năng lượng khác, ví dụ như động cơ điện (biến đổi điện năng thành cơ năng), đèn điện (biến đổi điện năng thành quang năng), bàn là, bếp điện (biến
đổi điện năng sang nhiệt năng)… Phụ tải (gọi tắt là tải) là các thiết bị tiêu thụ điện
Dây dẫn: Làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ
Ngoài ra, trong mạch điện có thể có các phần tử khác như: thiết bị đóng cắt, bảo
vệ (áp tô mát, cầu chì, nút nhấn, công tắc, rơ le,,,), thiết bị đo lường (ampe kế, vôn kế, oát
kế, tần số kế…), phần tử làm thay đổi áp và dòng trong các phần khác của mạch (như máy biến áp, máy biến dòng), phần tử làm giảm hoặc tăng cường các thành phần nào đó của tín hiệu (các bộ lọc, bộ khuếch đại)…
Tính chất của mạch điện được đặc trưng bởi trị số điện trở, điện cảm và điện dung của các phần tử tạo thành mạch điện
1.2 Phân loại
Có 3 cách phân loại cơ bản:
- Phân theo loại dòng điện: Mạch điện 1 chiều, xoay chiều 1 pha và xoay chiều 3 pha
Trang 10GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 9
- Phân loại theo kết cấu: Mach điện đơn giản và mạch điện phức tạp Mạch đơn giản là mạch chỉ có 1 dòng điện chạy qua (không phân nhánh), mạch điện phức tạp là mạch có từ 2 nhánh trở lên
- Phân loại theo công suất: Mạch điện có công suất nhỏ, công suất vừa và công suất lớn
2 Các khái niệm cơ bản trong mạch điện
2.1 Dòng điện và cường độ dòng điện
Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích (các electron) Chiều dòng điện được quy ước là chiều chuyển động của các điện tích dương Cường độ dòng điện: là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện, về trị
số được xác định bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q chuyển qua tiết diện ngang một vật dẫn trong thời gian t
I =
dt
dq
(1)
Đơn vị: ampe (A) Ngoài ra còn có bội số và ước số của ampe như: kilo ampe (kA), miliampe (mA)
Cách đổi như sau: 1kA = 103A = 106mA, 1mA = 10-3A = 10-6kA
2.2 Điện áp
Tại mỗi điểm bất kì trong mạch điện đều có một điện thế φ, hiệu điện thế tại 2 điểm như vậy gọi là điện áp
Điện áp có chiều qui ước đi từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp
Điện áp giữa 2 cực của nguồn khi hở mạch ngoài gọi là nguồn sức điện động E
Đơn vị của điện áp: Vôn (V) Ngoài ra còn có bội số và ước số của Vôn như: Kilo vôn (KV), mili Vôn (mV)
, milivon (mV)
Cách đổi như sau: 1kV = 103V = 106mV, 1mV = 10-3V = 10-6kV
3 Các phép biến đổi tương đương
3.1 Điện trở ghép nối tiếp
Nếu có n điện trở (R1, R2, ., Rn) mắc nối tiếp với nhau (hình vẽ 1) thì điện trở tương đương Rtđ (điện trở tổng RT) sẽ bằng tổng các điện trở có trong mạch đó
Hình 1: Các điện trở mắc nối tiếp
Biểu thức tính điện trở toàn mạch: Rtđ =RT = R1 + R2 +…+ Rn (2)
Trang 11GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 10
- Bài tập vận dụng: Cho R1 = 2Ω, R2 = 4Ω, R3 = 5Ω mắc nối tiếp, thì điện trở tổng là: a 9 Ω b 10 Ω c 11 Ω d 12Ω 3.2 Điện trở ghép song song Nếu có n điện trở mắc song song với nhau (hình vẽ 2) thì điện trở tương đương (Rtđ) được xác định theo biểu thức (3): Hình 2: Các điện trở mắc song song R td R R R n 1
1 1 1 2 1 (3) Nếu chỉ có 2 điện trở mắc song song với nhau thì: 1 2 2 1 R R R R Rtđ (4)
Bài tập vận dụng: Cho R1 = R2 = 4Ω, mắc song song, thì điện trở tương đương toàn mạch là: a 16 Ω b 4 Ω c 8 Ω d 2Ω
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: 1 Nêu định nghĩa về mạch điện? Tính chất của mạch điện phụ thuộc vào những yếu tố nào? ……… …
……… ……
……… ………
……… …………
………
2 Một nguồn điện có SĐĐ E = 100V, điện trở trong Rn = 1Ω, cung cấp điện cho tải RT = 24Ω Tính dòng điện chạy qua tải ……… …
……… ……
……… ………
……… …………
……… ………
……… ………
………
Câu 3: Nêu định nghĩa dòng điện, điện áp và chiều của nó được quy ước như thế nào?
Trang 12GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 11
……… …
……… ……
……… ………
……… …………
………
Câu 4: Trình bày các phép biến đổi tương đương? ……… …
……… ……
……… ………
……… …………
……… ………
………
……… …
……….……
……… ………
……… …
Câu 5: Để có điện trở tương đương là 150 Ω, người ta mắc song song hai điện tr ở R1 và R2 Biết R1 = 330 Ω, thì giá trị điện trở R2 là: a 275 Ω b.480 Ω c 180 Ω d Không có giá trị nào Câu 6: Cho mạch điện như hình vẽ, hãy dùng phương pháo biến đổi tương đương tính dòng điện trong các nhánh Tính công suất nguồn và công suất trên các điện trở Cho U = 80V; R = 1,25Ω; R1 = 6 Ω; R2 = 10 Ω Hình 3: Hình vẽ bài tập 6 ……… …
……… ……
……… ………