Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ/TC): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: ĐIỆN KỸ THUẬT
NGÀNH, NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 7 năm 2017
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2017

1


2


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng 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.

3


LỜI GIỚI THIỆU
thu t điện là một trong những môn học c s c a nghề Điện tử công nghiệp
đã được biên soạn d a th o chư ng trình khung đã y d ng và ban hành năm 20
c a trư ng Cao đ ng nghề Đồng Tháp trước đ y dành cho nghề Điện tử công nghiệp

hệ Cao đ ng và Trung cấp.
Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học t p, giảng dạy trình độ Cao đ ng
nên tài liệu đã được y d ng m c độ đ n giản và d hiểu, trong m i bài học đều có
thí dụ và bài t p tư ng ng để áp dụng và làm sáng t ph n l thuyết.
hi biên soạn, ngư i viết đã d a trên kinh nghiệm th c tế giảng dạy, tham
khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và c p nh t những kiến th c mới
có liên quan để phù hợp với nội dung chư ng trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu
đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu c u th c tế.
Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng th i gian đào tạo 45 tiết
gồm có:
Chư ng MH09-01: Các khái niệm c bản về mạch điện.
Chư ng 2 MH09-02: Mạch điện một chiều
Chư ng 3 MH09-03: Từ trư ng và cảm ng điện từ
Chư ng 4 MH09-04: Dịng điện oay chiều hình sin
Chư ng 5 MH09-05: Mạch điện phi tuyến
Giáo trình c ng là tài liệu tham khảo t t cho các nghề Công nghệ k thu t Điện
– Điện tử, Điện tử d n dụng, Điện công nghiệp,
thu t máy lạnh ĐH .
Mặc dù đã c gắng t ch c biên soạn để đáp ng được mục tiêu đào tạo nhưng
không tránh được những thiếu sót. Rất mong nh n được s đóng góp kiến c a u
th y, cô, các bạn sinh viên để l n tái bản sau sẽ điều ch nh hoàn thiện h n.
Đồng Tháp, ngày tháng 10 năm 2017
Tham gia biên soạn
Phạm Bảo Nhân

1


MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN…………………………………………………………1

Chư ng .
CÁC HÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN.
6

1.1. Mạch điện và mơ hình .............................................................................. 6
1.1.1.
Mạch điện ......................................................................................... 6
1.1.2.
Các hiện tượng điện từ ..................................................................... 6
1.1.3.
Mô hình mạch điện .......................................................................... 7
1.2. Các khái niệm c bản trong mạch điện .................................................... 9
1.3. Các phép biến đ i tư ng đư ng ............................................................. 10
1.3.1.
Biến đ i điện tr n i tiếp, song song ............................................. 10
1.3.2.
Biến đ i nguồn ............................................................................... 11
1.3.3.
Phép biến đ i sao - tam giác .......................................................... 11
Chư ng 2.

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

14

2.1 Các định lu t và biểu th c c bản trong mạch điện một chiều .............. 16
2.1.1
Định lu t Ohm ................................................................................ 16
2.1.2
Công suất và điện năng trong mạch điện một chiều ...................... 17

2.1.3
Định lu t Joul -Lenz ...................................................................... 17
2.1.2.1
Định lu t Joul _L nz dạng thư ng .............................................. 17
2.1.2.2
Định lu t Joul _L nz dạng vi ph n .............................................. 18
2.1.4
Định lu t Faraday......................................................................... 18
2.1.5
Hiện tượng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện) ....... 19
2.1.6
Định lu t irchhoff ( ) ............................................................ 20
2.1.7
Định lu t irchhoff 2 ( 2) ............................................................ 20
2.2
Các phư ng pháp giải mạch điện một chiều .................................. 21
2.2.1.
Phư ng pháp biến đ i điện tr ....................................................... 21
2.2.2.
Phư ng pháp ếp chồng ................................................................. 21
2.2.3.
Phư ng pháp ng dụng định lu t irchhoff .................................. 22
2.2.4.
Phư ng pháp dòng điện nhánh....................................................... 23
2.2.5.
Phư ng pháp dòng điện mạch vòng ............................................... 24
2.2.6.
Phư ng pháp điện áp nút............................................................... 25
2.2.7.
Phép biến đ i mạng một cửa (hai c c) không nguồn .................... 27

2.2.8.
Phép biển đ i Th v nin – Norton .................................................. 28
Chư ng 3.

TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

37

3.1. Đại cư ng về từ trư ng........................................................................... 37
3.2. Từ trư ng c a dòng điện ........................................................................ 38
3.3 Các đại lượng đặc trưng c a từ trư ng ................................................... 39
3.4.
L c từ............................................................................................40
2


3.5. Hiện tượng cảm ng điện từ............................................................42
3.6 Hiện tượng t cảm và h cảm............................................................45
Chư ng 4.

DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN

51

4.1. hái niệm về dòng điện oay chiều ....................................................... 51
4.2. Giải mạch điện oay chiều không ph n nhánh....................................... 55
4.3. Mạch oay chiều 3 pha ........................................................................... 72
4.4. Giải mạch oay chiều ph n nhánh.......................................................... 81
Chư ng 5.

MẠCH ĐIỆN PHI TUYẾN

109

5.1 Mạch điện phi tuyến....................................................................................108

5.2. Mạch điện có dịng điện khơng sin.....................................................112
5.3. Mạch lọc điện....................................................................................114

3


GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số mơn học: MH 09
I.Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
Mơn học được b trí sau khi học sinh học ong các môn học chung, trước các
mô đun nghề. Đ y là môn học l thuyết c s giúp cho học sinh có khái niệm ban đ u
về chuyên ngành điện và điện tử. Môn học cung cấp những kiến th c c bản về các bộ
ph n cấu thành mạch điện một chiều và oay chiều, những phư ng pháp biểu di n và
giải mạch điện từ đ n giản đến ph c tạp bằng các phư ng pháp khác nhau d a trên
những c s l thuyết khác nhau. Học t t môn học này, học sinh sẽ có c s để tiếp
thu t t h n các môn học c s và chuyên ngành khác c a chư ng trình đào tạo chun
ngành điện tử cơng nghiệp.
I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí: Là mơn học c s được b trí dạy ngay từ đ u khóa học, trước khi học
các mơn chun mơn.
- Tính chất: Là mơn học bắt buộc
II. Mục tiêu mơn học:
- Về kiến th c:

+ Trình bày được định lu t c bản về điện học, ng dụng trong k thu t điện.
+ Trình bày được khái niệm c bản về điện áp, dòng điện một chiều, oay
chiều, các định lu t c bản trong mạch điện một chiều và oay chiều.
+ Trình bày được các khái niệm c bản về từ trư ng, v t liệu từ, các m i liên hệ
giữa từ trư ng và các đại lượng điện, ng dụng các mạch từ trong k thu t.
- k năng:
+ V n dụng được các biểu th c để tính tốn các thơng s k thu t trong mạch
điện một chiều, oay chiều, mạch ba pha trạng thái ác l p.
+ Ph n tích được s đồ mạch đ n giản, biến đ i được mạch ph c tạp thành các
mạch điện đ n giản
- Về năng l c t ch và trách nhiệm:
+ Có năng l c đánh giá kết quả học t p và nghiên c u c a mình
+ T học t p, tích l y kiến th c, kinh nghiệm để n ng cao trình độ chun mơn
+ Sinh viên có thái độ nghiêm túc, t m , chính ác trong học t p
III. Nội dung môn học:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

1


Thời gian (giờ)
Số
TT

1

Tổng
số

Tên chương, mục

Chương 1: Các khái niệm cơ bản
về mạch điện.

Lý
thuyết

Thực hành,
thí nghiệm,
thảo luận, bài

Kiểm
tra(thường
xuyên

tập

định kỳ )

4

3

1

16

14

2

6

5

1

. Mạch điện và mơ hình:
2. Các khái niệm c

bản trong

mạch điện:
3. Các phép biến đ i tư ng đư ng:
2

Chương 2: Mạch điện một
chiều
. hái niệm về mạch điện một
chiều.
2. Mô hình mạch điện.
3. Các định lu t và biểu th c c
bản trong mạch điện một chiều.
4. Các phư ng pháp giải mạch
điện một chiều.

3

Chương 3: Từ trường và cảm
ứng điện từ

. Đại cư ng về từ trư ng.
2. Từ trư ng c a dòng điện.
3. Các đại lượng đặc trưng c a từ
trư ng.
4. L c từ.
5. Hiện tượng cảm ng điện từ
6. Hiện tượng t cảm và h cảm
iểm tra

4

1

Chương 4: Dịng điện xoay
chiều hình sin
. hái niệm về dòng điện

7

1
6

1

oay
2


chiều
2.Giải mạch

oay chiều không

phân nhánh
3.Mạch oay chiều 3 pha
4. Giải mạch
nhánh

oay chiều ph n

5. Ứng dụng c a mạch điện oay
chiều trong cơng nghiệp
iểm tra
5

Chương 5: Mạch điện phi
tuyến

1

1

8

7

Ơn t p

1

1

Thi kết thúc môn

1

1

Cộng

45

37

1

. Mạch điện phi tuyến
2. Mạch điện có dịng điện khơng
sin
3. Mạch lọc điện

6

2

3


4

GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã mơn học: MH09
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học/mơ đun:
- Vị trí: Mơn học k thu t điện được b trí học trước các mơn học, mơ đun MĐ
MĐ 2; MĐ 3; MĐ 4.

;

- Tính chất: Là môn học k thu t c s bắt buộc, làm nền tảng cho các môn học:
MĐ ; MĐ 2; MĐ 3 .
- Ý nghĩa và vai trò c a môn học/mô đun: Trang bị kiến th c c bản về mạch điện,
điện trư ng, cảm ng điện từ, điện tích; là c s để học và nghiên c u các môn
học chuyên môn khác.
Mục tiêu của môn học/mô đun:
- iến th c :
+ Phát biểu được các khái niệm, định lu t, định l c bản trong mạch điện một
chiều, oay chiều, mạch ba pha.
+ Giải thích được một s
-

ng dụng đặc trưng th o quan điểm c a k thu t điện.

năng :

+ Tính tốn được các thơng s k thu t trong mạch điện một chiều, oay chiều,
mạch ba pha trạng thái ác l p.
+ V n dụng các phư ng pháp ph n tích, biến đ i mạch để giải các bài toán về
mạch điện hợp l .

- Năng l c t ch và trách nhiệm:
+ R n luyện tính t m , c n th n, chính ác, v n dụng được vào th c ti n.
+ Ch động và tích c c th c hiện nhiệm vụ trong quá trình học t p, th c hiện nội
quy an tồn và vệ sinh cơng nghiệp.
Nội dung của môn học/mô đun:

5


Chương 1.

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN.
Mã chương: MH 09 - 01

Giới thiệu:
- Ph n tích được nhiệm vụ, vai trò c a các ph n tử cấu thành mạch điện như:
nguồn điện, d y dẫn, phụ tải, thiết bị đo lư ng, đóng cắt...
- Giải thích được cách

y d ng mơ hình mạch điện, các ph n tử chính trong

mạch điện.
- Ph n tích và giải thích được các khái niệm c bản trong mạch điện, hiểu và
v n dụng được các biểu th c tính tốn c bản.
- Ph n biệt được ph n tử l tư ng và ph n tử th c.
- R n luyện tính c n th n, t m trong tính tốn.
Nội dung chính:
1.1.

Mạch điện và mơ hình

1.1.1. Mạch điện
o Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại thành vịng kín có
dịng điện, trong đó ảy ra các quá trình truyền đạt, biến đ i năng lượng
M i ph n tử trong mạch th c hiện một ch c năng ác định gọi là ph n tử mạch
điện. Có 2 loại ph n tử chính là nguồn và phụ tải.
o Nguồn điện: là thiết bị tạo ra điện năng. Về nguyên l , nguồn điện là thiết bị biến
đ i các dạng năng lượng như c năng, hóa năng, nhiệt năng,… thành điện năng. Ví
dụ: Máy phát điện, ắc quy, pin mặt tr i …
o Phụ tải: là các thiết bị tiêu thụ năng lượng và biến đ i điện năng thành các dạng
năng lượng khác như c năng, nhiệt năng, quang năng, …. Ví dụ: động c điện, bếp
điện, đ n điện…
- C c c a ph n tử điện là các đ u ra. Ph n tử có thể 2 c c, 3 c c, 4 c c, …
- Trên các c c c a ph n tử có dịng điện, điện áp và công suất.
1.1.2. Các hiện tượng điện từ
Các hiện tượng điện từ c a thiết bị điện gồm rất nhiều như: tiêu tán, phóng thích, tạo
sóng, tạo ung, phát c năng, khuếch đại, ch nh lưu…. Tuy nhiên, ét về th c ti n có
thể ph n tích mọi q trình trao đ i năng lượng thành nhóm các hiện tượng c bản sau
đ y:
- Hiện tượng tiêu tán năng lượng ng với vùng tiêu tán là vùng biến năng lượng điện
6


từ thành các dạng năng lượng khác như: c năng, nhiệt năng… (t c là vùng tiêu thụ
mất năng lượng c a trư ng điện từ).
- Hiện tượng phát ng với vùng (nguồn) phát là vùng biến các dạng năng lượng khác
thành năng lượng điện từ.
- Hiện tượng tích phóng năng lượng điện trư ng là vùng năng lượng điện từ t p trung
vào vùng điện trư ng c a một không gian như các bản c c tụ điện, cuộn d y… .
1.1.3. Mơ hình mạch điện

Mơ hình mạch dùng trong l thuyết mạch điện, được
tư ng sau đ y:
o

y d ng từ các ph n tử mạch l

Phần tử điện trở R: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng tiêu
tán năng lượng điện từ. Công suất tiêu tán P = RI2

-

hiệu ph n tử điện tr R (hình -1)

-

Với quan hệ u = Ri(V)

-

Đ n vị điện tr R là Ohm[  ]

Hình 1 - 1.

o Phần tử điện cảm L: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng
tích phóng năng lượng từ trư ng.
-

Năng lượng từ trư ng: W  1/ 2* Li 2

Hình 1 - 2.

hiệu ph n tử điện cảm L (hình -2).
L là thông s c bản c a mạch điện đặc trưng cho hiện tượng
phong tích năng lượng trư ng từ, được gọi là điện cảm.

-

Đ n vị điện cảm L là H nry [H]

o Phần tử điện dung C: là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng
tích phóng năng lượng điện trư ng.
-

hiệu ph n tử điện dung C(hình -3).

-

Năng lượng điện trư ng: W  1/ 2 * CU 2 .

-

Đ n vị điện dung C là Fara [F]

Hình 1 - 3.

o Phần tử nguồn độc lập: Là ph n tử đặt trưng cho hiện tượng
nguồn, ph n tử nguồn gồm hai loại:

7

Ph n tử nguồn áp (t)
-

Hình 1 - 4.

hiệu ph n tử nguồn áp (hình -4)

- Với quan hệ u(t) = (t), trong đó (t) khơng phụ thuộc dịng
điện i(t) chảy qua ph n tử và được gọi là s c điện động.
o Ph n tử nguồn dòng j(t)
-

hiệu ph n tử nguồn dịng (hình 1-5)

- Với quan hệ i(t) = j(t), trong đó j(t) khơng phụ thuộc điện áp

Hình 1 - 5.

u(t) đặt trên 2 c c c a ph n tử
- (t) và j(t) là hai thông s c bản c a mạch điện đặt trưng
cho hiện tượng nguồn, do có khả năng phát c a nguồn.
o Phần tử nguồn phụ thuộc: là ph n tử nguồn mà
chúng phụ thuộc vào dịng điện hay điện áp nào đó
c a mạch.
Ph n tử nguồn áp phụ thuộc áp: (hình -6a)
(VCVS – Voltage Controlled Voltage source).
- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào u1 c a mạch.
- Với u2 =  u1;  : không th nguyên
Ph n tử nguồn áp phụ thuộc dịng: (hình -6b)

(CCVS – Current Controlled Voltage source)
- Nguồn áp u2 phụ thuộc vào dòng i1c a mạch.
- Với u2 = r.i1; r: th nguyên  (Ohm)
Ph n tử nguồn dịng phụ thuộc áp: (hình -6c)
(VCCS – Voltage Controlled Current source)
- Ph n tử nguồn dòng phụ thuộc này phát ra dòng
điện i2 phụ thuộc vào điện áp u th o hệ th c
Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào u1 c a mạch.
- Với i2=gu : g th nguyên S(Si m n) hay  1
Ph n tử nguồn dịng phụ thuộc dịng:(hình -6d)
(CCVS – Current Controlled Current source)
- Nguồn dòng i2 phụ thuộc vào dòng i1 c a mạch.
- Với i2 =  i1:  không th nguyên.

8


Hình 1 - 6.

1.2.

Các khái niệm cơ bản trong mạch điện

Cư ng độ dòng điện
-

Dòng điện: là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng.

-

Chiều dịng điện là chiều chuyển động dịng điện tích dư ng.

-

Cư ng độ dịng điện: (gọi tắt là dịng điện) là lượng điện tích chuyển qua một
bề mặt nào đó (tiết diện ngang c a d y dẫn) trong một đ n vị th i gian.

-

Đ n vị cư ng độ dòng điện là Amp r (A).
hiệu: i

-

Trong tính tốn i là đại lượng đại s k m th o chiều dư ng qui ước.

-

Sau khi giải:
o Nếu i dư ng: Chiều th c c a dòng điện trùng với chiều dư ng qui ước.
o Nếu i m: Chiều ngược lại.

Ví dụ:
Dịng điện một chiều (DC)

Hình 1 - 7.

Dịng điện oay chiều (AC)

Dạng tín hiệu dịng điện một chiều và oay chiều

Điện áp
-

Là cơng sinh ra khi

-

Với UAB = φA - φB; φA và φB là điện thế điểm A và B.

-

Đ n vị : Volt (V)

-

đ n vị điện tích dư ng dịch chuyển từ A đến B.

hiệu : U

Trong tính tốn điện áp U là lượng đại s th o chiều ác định, ví dụ UAB. Khi
UAB > 0 thế A cao h n thế B và UAB < 0 thế B cao h n thế A.
Ví dụ:
Điện áp một chiều (DC)

Điện áp oay chiều (AC)
9


Dạng tín hiệu điện áp một chiều và oay chiều

Hình 1 - 8.

Công suất (P)
Trong mạch điện, một nhánh, một ph n tử có thể nh n năng lượng hoặc phát
năng lượng. hi chọn chiều dòng điện và điện áp trùng nhau, khi tính tốn cơng suất P
c a nhánh, ta có kết lu n sau về q trình năng lượng c a nhánh. Ở th i điểm th i nào
đó nếu :
- P = u.i > 0 : nhánh phát năng lượng.
-

P= u.i < 0 : nhánh nh n năng lượng.

hi dịng điện có đ n vị là Amp (A) và điện áp có đ n vị là Vơn (Volt: V) thì cơng
suất có đ n vị là Watt(W).
Ví dụ
Công suất một chiều P = U.I
Công suất oay chiều P = U.I.Cos
1.3.

Các phép biến đổi tương đương

1.3.1. Biến đổi điện trở nối tiếp, song song
o Điện tr ghép n i tiếp

Hình 1 - 9.

Điện tr ghép n i tiếp

o Điện tr ghép song song

Hình 1 - 10.

Điện tr ghép song song
10


1.3.2. Biến đổi nguồn
o Các nguồn áp n i tiếp

Hình 1 - 11.

Nguồn áp ghép n i tiếp

Chọn chiều dư ng là chiều đi từ A đến B nên E1, E3 mang dấu “dư ng” (vì có chiều
cùng với chiều dư ng đã chọn) và E2 có dấu “ m” (vì có chiều ngược với chiều dư ng
đã chọn).
Nếu chọn chiều “dư ng” là chiều ngược lại đi từ B đến A thì dấu c a E1, E3 và E2 là
ngược lại.

o Các nguồn dịng song song

Hình 1 - 12.

Nguồn dòng song song

Do mạch tư ng đư ng sau khi biến đ i chọn chiều dòng điện là chiều hướng lên trên
cùng chiều với J1 và J3 nên J1 và J3 có dấu “dư ng”. Ngược lại J2 có dấu “ m”
1.3.3. Phép biến đổi sao - tam giác

11


Hình 1 - 13.

S đồ sao và tam giác

Ví dụ: Tìm dịng điện i(t) trong mạch c a hình sau:

Hình 1 - 14.

Bài giải:
Biến đ i tam giác bcd thành hình sao

Hình 1 - 15.

Tiếp tục biến đ i tư ng đư ng ta được

12


d

e

f

g

Hình 1 - 16.

Từ hình (g) ta d dàng suy ra:

Bài t p cu i chư ng :
Mạch điện là gì? Nguồn điện là gì? Tải là gị? Hãy cho ví dụ về nguồn điện và

1.1.
tải.

Cu ng độ dịng điện là gì?

1.2.

ui ước chiều dịng điện? Vẽ tín hiệu i(t) = 10 A,

i(t)= 5Sin100t A?
1.3.

Viết công th c biến đ i tư ng đư ng điện tr sao – tam giác? Tam giác – sao?

1.4.

Có một dụng cụ nung nóng, khi điện áp c a lưới là 220V thì dịng chạy trong đó

là 5A. Hãy tính năng lượng điện trong

ngày đêm (24h).

Ba bóng đ n có điện tr R1 = 60 ; R2 = 120 ; R3 = 150 ; đấu song song, đặt

1.5.

vào điện áp U = 20V. Tính điện tr tư ng đư ng, dòng điện qua m i bóng trong
mạch chính.



U CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG 1
Nội dung:
+ Về kiến th c:
+ Các khái niệm c bản.
-

năng:
+ hả năng nh n ra bản chất mạch điện, tính tốn các bài t p về dòng

điện.
13


- Năng l c t ch và trách nhiệm:
+ T m , c n th n, nghiêm túc trong th c hiện tính tốn.
2. Phư ng pháp:
+ Được đánh giá bằng hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm th o các nội
dung kiến th c:
+ iểm tra k năng th c hành bằng khả năng nh n ra bản chất mạch điện,
tính tốn các bài t p về dịng điện.

Chương 2.

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

Mã chương: MH 09 - 02
Giới thiệu:
Trong th c tế mạch điện một chiều được ng dụng nhiều lĩnh v c điện,
điện tử, dòng điện một chiều tư ng đ i n định và việc nghiên c u để giải mạch
điện một chiều là c s để chuyển đ i và giải các mạch điện biến đ i khác về
dạng mạch điện một chiều và các cách biến đ i, các phư ng pháp giải mạch điện
một chiều được nghiên c u k .
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm về dòng điện một chiều, khái niệm về mạch điện
- Giải thích được cách y d ng mơ hình mạch điện, các ph n tử chính trong
mạch điện.
14


- Tính tốn được các thơng s (điện tr , dịng điện, điện áp, cơng suất, điện năng, nhiệt
lượng) c a mạch DC một nguồn, nhiều nguồn từ đ n giản đến ph c tạp.
- Ph n tích được s đồ và chọn phư ng pháp giải mạch hợp l .
- R n luyện tính c n th n, t m trong tính tốn.

Nội dung chính:
2.1.Những khái niệm cơ bản về mạch điện một chiều
o Dòng điện
Dòng điện một chiều là dịng điện có chiều khơng thay đ i th o th i gian. Mạch điện
có dịng điện một chiều gọi là mạch điện một chiều. Dịng điện có trị s và chiều
không thay đ i th o th i gian gọi là dịng điện khơng đ i.
Dịng điện i có trị s bằng t c độ biến thiên c a điện lượng
v t dẫn

i

dQ
dt

qua tiết diện ngang c a

e
i

Hình 2 - 1.

Đ n vị c a dòng điện là Amp (A).
Ngư i ta qui ước chiều c a dòng điện chạy trong v t dẫn ngược chiều với chiều
chuyển động c a điện tử.
o Điện áp
Tại m i điểm trong mạch điện có một điện thế  . Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi là
điện áp U, đ n vị là Vơn (V).

R

A

B

UAB=
Hình 2 - 2.

Chiều c a điện áp qui ước là chiều có điện thế cao đến chiều có điện thế thấp.
Điện áp giữa hai c c c a nguồn điện khi h mạch ngồi (dịng điện I=0) được gọi là

s c điện động E.
o Công suất
Công suất c a nguồn s c điện động là:
P=EI
Công suất c a mạch ngoài là:
P=UI
15


Đ n vị c a công suất là Oát (W).
2.1 Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch điện một chiều
2.1.1

Định luật Ohm

 Định lu t Ohm cho nhánh điện tr
Định lu t Ohm nói lên m i liên hệ giữa dòng điện qua một đoạn mạch và điện áp giữa
hai đ u đoạn mạch đó.

U

+
I

R

Hình 2 - 3.

Giả sử điện áp đặt vào hai đ u đoạn mạch (v t dẫn) dài l là U, nó sẽ tạo ra điện trư ng
đều có cư ng độ là:



U
l

Dưới tác dụng c a điện trư ng, các ph n tử dẫn điện sẽ di chuyển tạo thành dòng điện.
Điện trư ng càng mạnh thì m t độ dịng điện càng lớn, t c cư ng độ dòng điện tỷ lệ
với cư ng độ điện trư ng.

   

I
S

đ y,  được gọi là điện dẫn suất, phụ thuộc vào bản chất dẫn điện c a v t liệu. Điện
dẫn suất càng lớn, v t liệu dẫn điện càng t t.
Thay giá trị



vào ta được:

I
U

S
l

 I 

S
U  gU
l

g: được gọi là điện dẫn c a đoạn mạch
Từ biểu th c trên ta thấy: Dòng điện qua một đoạn d y dẫn tỷ lệ với điện áp giữa hai
đ u đoạn mạch và với điện dẫn c a đoạn mạch đó. Đó là định lu t Ohm cho một đoạn
mạch.
Nghịch đảo c a điện dẫn gọi là điện tr , k hiệu R

R

 : là điện tr

1 1 l
l


g  S
S

suất c a v t liệu. Từ đó ta có dạng khác c a định lu t Ohm:
16


I

U
R

Phát biểu như sau: Dòng điện qua một đoạn mạch tỷ lệ thu n với điện áp giữa hai đ u
đoạn mạch và tỷ lệ nghịch với điện tr c a đoạn mạch đó.
 Định lu t Ohm cho nhánh điện tr R mắc n i tiếp s c điện động E
U

I

R

E

Hình 2 - 4.

Được tính th o cơng th c: U = (R).I - E
S c điện động E và dòng điện I cùng chiều U lấy dấu dư ng (+), ngược lại lấy dấu m
(-).
2.1.2 Công suất và điện năng trong mạch điện một chiều
Xét một mạch điện chịu tác động

2 đ u một điện áp u, qua đó sẽ có dịng điện i.

Chiều dư ng dịng điện i và điện áp u như hình sau:

u

+

-

Hình 2 - 5.

công suất t c th i được ác định th o công th c sau
p(t) = ui
nếu p(t) > 0: ph n tử hấp thụ năng lượng
p(t) < 0: ph n tử phát ra năng lượng
Đ n vị: Wats (W)
Đ n vị c a năng lượng là Jounl (J)
Công suất trên điện tr R :
Công suất trên điện dung C: :
Công suất trên điện cảm L:

2.1.3

Định luật Joule-Lenz

2.1.2.1 Định luật Joule_Lenz dạng thường
Ta biết rằng v t dẫn nóng lên khi có dịng điện chạy qua nó. Joul và L nz đồng th i,
bằng th c nghiệm đã tìm ra công th c ác định nhiệt lượng t a ra trên v t dẫn R khi
có dịng điện I chạy qua nó trong th i gian t.
17


Q=RI2t
Phát biểu: Nhiệt lượng t a ra trên một đoạn d y dẫn khi có một dịng điện I khơng
đ i chạy qua t lệ với điện tr R, với bình phư ng cư ng độ dịng điện và với th i gian
t dòng điện đi qua d y dẫn.
Đ i với dòng điện biến đ i th o th i gian i(t), ta có thể tính nhiệt lượng t a raa trên
đoạn mạch có điện tr R sau th i gian t bằng công th c:
t

Q   Ri 2 dt
0

S t a nhiệt trong các v t dẫn điện có dịng điện chạy qua (gọi là hiệu ng Joul -Lenz)
giữ một vai trò quan trọng trong k thu t điện. Tất cả các dụng dùng để đ t nóng bằng
điện đều d a vào hiệu ng Joul _L nz. Tuy nhiên, hiệu ng này c ng có mặt tác hại:
Đó là s t a nhiệt làm hao phí vơ ích trong nguồn điện, trong các d y dẫn truyền tải
điện năng từ nới cung cấp đến n i tiêu thụ.
2.1.2.2 Định luật Joule_Lenz dạng vi phân
C ng như với định lu t Ohm, ta có thể biểu di n định lu t Joul _L nz dưới dạng vi
ph n để tính nhiệt lượng t a ra trong v t dẫn bất kỳ . Trong trư ng hợp này, ta c n biết
m t độ cơng suất nhiệt, đó là đại lượng có giá trị bằng cơng suất nhiệt tiêu thụ trong
một đ n vị thể tích và trong một đ n vị th i gian, được k hiệu w.

dQ  RI 2 dt  

dl
( jdS ) 2 dt   . j 2 .dS .dl.dt   j 2 .dV .dt
dS

Th o định nghĩa, m t độ công suất nhiệt được ác định bằng:

w

dQ
dV .dt
  j2
  j2
dS .dl.dt

dV .dt

Đ y là biểu th c dạng vi ph n c a định lu t Joul -Lenz
2.1.4

Định luật Faraday

Hiện tượng cảm ng điện từ do Faraday phát hiện năm 93 ,
nội dung định lu t phát biểu: hi từ thơng un qua vịng
d y biến thiên, trong vòng d y sẽ uất hiện s c điện động,
s c điện động (sđđ) có chiều sao cho từ thơng sinh ra nó có
u hướng ch ng lại s biến thiên c a từ thơng.
Hình 2 - 6.

Nếu chọn chiều dư ng c a sđđ cảm ng phù hợp với chiều c a từ thông  theo quy
tắc vặn nút chai sđđ cảm ng trong một vòng d y được viết th o Mac o n như sau:
18


e

d
dt

Dấu  ch chiều từ thơng đi từ ngồi vào trang giấy.
Nếu cn d y có W vịng d y thì:

e  W
Trong đó: 

d
d

dt
dt

 W  gọi là từ thơng móc vịng c

a cuộn d y

Từ thơng có đ n vị là v b (Wb), sđđ cảm ng là Vôn (V).
 Bài t p áp dụng :
Hãy ác định trị s và chiều s c điện động cảm
ng khi lõi sắt chuyển động hướng vào cuộn d y.
Cho biết cuộn d y có 200 vịng và t c độ biến
thiên từ thơng un qua m i vịng d y 0,5 Wb/s.

Hình 2 - 7.

 Bài t p áp dụng 2:
Một cuộn d y 0 vịng hình chữ nh t quay trong từ trư ng
c a một nam ch m. Biết rằng vòng d y quay với v n t c
góc  = 3 4 rad/s và sau th i gian t từ thơng un qua
vịng dây là  = 0.004cos3 4t (Wb). Tính s c điện động
cảm ng trong cuộn d y.
Hình 2 - 8.

2.1.5 Hiện tượng nhiệt điện (Ứng dụng c a hiện tượng nhiệt điện)
Hai d y dẫn (M1) và (M2) có bản chất hố học khác
nhau được hàn lại với nhau thành một mạch điện kín,

nếu nhiệt độ hai m i hàn là T1 và T2 khác nhau, khi
đó trong mạch uất hiện một suất điện động e(T1, T2)
mà độ lớn c a nó phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ giữa
T1 và T2.
Hình 2 - 9.

Hiệu ng nhiệt điện được ng dụng để đo nhiệt độ T1 khi biết trước nhiệt độ T2,
thư ng chọn T2 = 00 C.
19