Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện Nước Trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XƠ
KHOA: XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH

MƠN HỌC:MẠCH ĐIỆN
NGHỀ: ĐIỆN- NƯỚC
TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số:

/QĐ-... ngày ..... tháng.... năm 20

…….. của ………………

Tam Điệp, năm 2018
1


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.

LỜI GIỚI THIỆU
Nội dung của giáo trình đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung
giảng dạy ở các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu
nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Đề
cương của giáo trình đã được Bộ LĐTBXH đánh giá và thơng qua.
Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và

biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để
tùy theo tính chất của các nghành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho
thích hợp và khơng trái với quy định của chương trình khung đào tạo Bộ LĐTBXH
đã ban hành.
Tuy tác giả có nhiều cố gằng khi biên soạn, nhưng giáo trình khơng tránh
khỏi những khiếm khuyết, hi vọng nhận được sự đóng góp của độc giả. Mọi ý kiến
đóng góp xin gửi về tổ biên soạn- Khoa Xây Dựng- Trường Cao đẳng Cơ điện Việt
Xô.
Tam Điệp, ngày 20 tháng 03 năm 2018
Tác gia biên soạn

Nguyễn Văn Thảo

2


MỤC LỤC
Contents
CHƯƠNG 1 ...................................................................................................................................................6
MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU ..........................................................................................................................6
1. Khái niệm về dòng điện .........................................................................................................................6
1.1 Dòng điện .........................................................................................................................................6
1.2 Mạch điện .........................................................................................................................................8
2 Các định luật cơ bản về mạch điện........................................................................................................11
2.1 Định luật Ôm ..................................................................................................................................11
2.2 Định luật Jun- Len xơ (Joule -Lenzo).............................................................................................12
2.3 Định luật Kiêcshop .........................................................................................................................13
3 Nguồn điện ............................................................................................................................................14
3.1 Khái niệm nguồn điện ....................................................................................................................14
3.3 Đấu ghép nguồn thành bộ...............................................................................................................16

4 Phương pháp giải mạch điện phức tạp ..................................................................................................18
4.1 Phương pháp dòng điện nhánh .......................................................................................................18
4.2 Phương pháp dòng điện mạch vòng ...............................................................................................20
4.3 Phương pháp điện áp hai nút (Phương pháp điện thế nút) .............................................................21
4.4 Phương pháp xếp chồng dòng điện ................................................................................................24
CHƯƠNG 2 .................................................................................................................................................26
TỪ TRƯỜNG- CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ........................................................................................................26
Giới thiệu: ...................................................................................................................................................26
1 Từ trường ..............................................................................................................................................27
1.1 Khái niệm từ trường, đường cảm ứng từ ........................................................................................27
1.2 Các đại lượng từ cơ bàn ................................................................................................................29
1.3. Từ trường của một số dây dẫn mang dòng điện ............................................................................32
1.4. Lực tương tác ................................................................................................................................33
1.5. Lực tác dụng giữa hai dây dẫn có dịng điện .................................................................................35
2 Mạch từ .................................................................................................................................................36
2.1. Khái niệm mạch từ ........................................................................................................................36
2.2. Định luật dịng điện tồn phần ......................................................................................................37
3


2.3. Tương quan B, H và đường cong từ hoá .......................................................................................40
2.1 Định luật mạch từ- tính tốn mạch từ................................................ Error! Bookmark not defined.
3 Cảm ứng điện từ ....................................................................................................................................43
3.1 Định luật cảm ứng điện từ ..............................................................................................................43
3.2 Sức điện động cảm ứng trong thanh dẫn chuyển động trong từ trường .........................................43
CHƯƠNG 3 .................................................................................................................................................50
MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU......................................................................................................................50
Giới thiệu: ...................................................................................................................................................50
1 Mạch điện xoay chiều một pha .............................................................................................................51
1.1 Định nghĩa và nguyên lý tạo ra dịng điện xoay chiều hình sin. ....................................................51

1.2. Cách biểu diễn đại lượng xoay chiều hình sin...............................................................................53
1.3 Mạch điện xoay chiều thuần trở .....................................................................................................56
1.4 Mạch điện xoay chiều thuần cảm ...................................................................................................58
1.5 Mạch điện xoay chiều thuần dung..................................................................................................61
1.6 Mạch điện xoay chiều có điện trở, điện cảm, điện dung mắc nối tiếp ...........................................63
1.7 Cơng suất của dịng điện hình sin...................................................................................................66
1.8. Bài tập ứng dụng ...........................................................................................................................67
2 Dòng điện xoay chiều ba pha ................................................................................................................71
2.1 Khái niệm dòng điện xoay chiều ba pha ........................................................................................71
2.2 Các đại lượng trong mạch điện ba pha ...........................................................................................71
2.3 Đấu dây mạch điện xoay chiều ba pha ...........................................................................................71
2.4 Giải mạch điện ba pha ....................................................................................................................75
3 Hệ số công suất .....................................................................................................................................77
3.1. Ý nghĩa hệ số công suất.................................................................................................................77
3.2 Biện pháp nâng cao hệ số công suất ...............................................................................................78
3.3 Bài tập ............................................................................................................................................79
4. Tài liệu tham khảo:...............................................................................................................................80

4


GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN
Mã mơn học:
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
-Vị trí: Môn học mạch điện là môn học cơ sở được học ở kì 1 năm đầu, học
sau các mơn học: Vẽ kỹ thuật, Vật liệu.
- Tinh chất: Môn mạch điện là môn cơ sở hỗ trợ kiến thức cho các mơn
khác, đồng thời giúp cho sinh viên có điều kiện tự học, nâng cao kiến thức nghề
nghiệp.
- Ý nghĩa và vai trị mơn học: mơn học nhằm trang bị cho sinh viên những

kiến thức cơ bản về điện kỹ thuật, về các động cơ điện, máy biến áp điện...giúp
sinh viên có kiến thức để thực hiện các cơng việc của nghề xây dựng có liên quan
đến điện kỹ thuật.
Mục tiêu của mơn học:
Về kiến thức:
- Trình bày được các định luật cơ bản về mạch điện, các phương pháp giải
mạch điện một chiều, xoay chiều.
- Xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng, véc tơ cảm ứng điện từ và véc tơ
lực điện từ trong ống dây, dây dẫn thẳng, vòng dây đặt trong từ trường nam châm
vĩnh cửu.
- Giải thích được một số hiện tượng điện từ trong các thiết bị điện dân dụng.
Về kỹ năng:
- Vận dụng được các biểu thức để tính tốn các thơng số kỹ thuật trong
mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha ở trạng thái xác lập.
- Phân tích được sơ đồ mạch đơn giản, biến đổi được mạch phức tạp thành
các mạch điện đơn giản.
Về thái độ:
- Kiên nhẫn, tập trung, tỷ mỷ, chính xác, có tư duy sáng tạo, trách nhiệm.
Nội dung môn học:

5


CHƯƠNG 1
MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
Mã chương: MH11-01
Giới thiệu
Khái niệm, định nghĩa về dòng điện, mạch điện, nguồn điện là những khái
niệm, định nghĩa cơ bản nhất trong ngành điện.Khi tìm hiểu và giải các mạch điện,
chúng ta không thể bỏ qua các định luật cơ bản về mạch điện. Từ đó áp dụng các

định luật cơ bản này để giải các mạch điện từ đơn giản đến phức tạp bằng các
phương pháp thích hợp khác nhau, tùy theo đặc điểm của từng mạch cụ thể.
Chương đầu tiên này sẽ cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về những
điều đã đề cập ở trên.
Mục tiêu
- Trình bày được các khái niệm về dòng điện, mạch điện, nguồn điện và các
phương pháp giải mạch điện một chiều.
- Giải được các mạch điện một chiều phức tạp.
- Tuân thủ các bước giải mạch điện.
- Tỉ mỉ, chính xác, có tư duy logic, trách nhiệm trong cơng việc.
Nội dung chính
1. Khái niệm về dòng điện
1.1 Dòng điện
1.1.1 Khái niệm về dòng điện
Dịng điện 1 chiều là dịng điện có chiều và trị số không đổi theo thời gian.
1.1.2 Tác dụng của dịng điện
Điện năng có ưu điểm nổi bật là cú thể sản xuất tập trung với nguồn cụng
suất lớn, cú 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 cỏc dạng năng lượng khỏc. Mặt khỏc quỏ
trỡnh biến đổi năng lượng và tớn hiệu điện từ dễ dàng tự động hóa và điều khiển từ
xa, cho phộp giải phúng lao động chõn tay và cả lao động trớ úc của con người.
Kỹ thuật điện là ngành kỹ thuật ứng dụng cỏc hiện tượng điện từ để biến đổi
năng lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tớn hiệu... bao gồm việc tạo ra, biến đổi và
sử dụng điện năng, tín hiệu điện từ trong cỏc hoạt động thực tế của con người.
6


1.1.3 Cường độ và mật độ dòng điện
1.1.3.1 Cường độ dòng điện
Đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện gọi là cường độ dòng 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.
I

q
t

Trong đó:

q: điện tích (C)
t: thời gian (s)
I: cường độ dòng điện (A)

Ampe là cường độ của dịng 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 không 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 i 

dq
.
dt

Khi điện tích di chuyển theo một hướng nhất định với tốc độ không 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 không 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
dòng điện có chu kỳ thì quan trọng nhất là dịng điện xoay chiều hình sin.
1.1.3.2 Mật độ dịng điện
7


Khi cường độ dòng điện qua một đơn vị diện tích được gọi là mật độ dịng
điện, kí hiệu là  (denta).


Trong đó:

I
S

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 dịng điện sẽ là lớn và ngược lại.

Ví dụ 1: Dây dẫn có tiết diện 95mm2 dịng điện I= 200A qua. Tính mật độ
dịng điện.
Giải: Mật độ dịng điện là:  

I 200

 2,05 (A/mm2 )
S
95

1.2 Mạch điện
1.2.1 Khái niệm về mạch điện
Mạch điện là tổ hợp các thiết bị điện bao gồm nguồn điện phụ tải được nối
với nhau bằng dây dẫn theo một cách thức nhất định thông qua các thiết bị phụ trợ.

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 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.
Nguồn 1 chiều: Pin, ác quy, máy phát điện 1 chiều…
Nguồn điện xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều.
Các nguồn điện công suất lớn thường được truyền tải từ các nhà máy (nhiệt
điện, thủy điện, điện nguyên tử…)
8


Các nguồn điện 1 chiều thường được đặc trưng bằng suất điện động E, điện
trở trong r. Với nguồn xoay chiều thường biểu diễn bằng công suất P (công suất
máy phát) và hiệu điện thế lối ra U.
Phụ tải là các thiết bị sử dụng điện năng để chuyển hóa thành một dạng năng

lượng khác, như dùng để thắp sáng (quang năng), chạy các động cơ điện (cơ năng),
dùng để chạy các lò điện (nhiệt năng)…Các thiết bị tiêu thụ điện thường được gọi
là phụ tải (hoặc tải) và ký hiệu bằng điện trở Z.
Dây dẫn: Có nhiệm vụ liên kết và truyền dẫn dòng điện từ nguồn đến nơi tiêu
thụ.
Các thiết bị phụ trợ: Như thiết bị đóng cắt (cầu dao, công tắc…), các máy đo
(ampe kế, ôm kế…), các thiết bị bảo vệ (cầu chì, attomat…)
1.2.2 Mơ hình mạch điện
1.2.2.1 Mơ hình tốn học của q trình.
Muốn sử dụng, khống chế, cải tạo vật thể vật lý kỹ thuật về một loại q
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 q
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,
môi 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.
1.2.2.2Mơ 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 quá trình của hệ thống.
+ 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.
+ 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
9

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.
+ 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).
+ 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 xk(t), yk(t) với xk yk là năng lượng hay động động
lượng thường thỏa mãn những luật bảo toàn và liên tục. Trong hệ thống có sự
truyền đạt năng lượng giữa các bộ phận.
- Thứ hai, mơ hình hệ thống còn 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 không 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 q 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 mô 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 mơ 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 q trình xét.
1.2.3 Nhánh, nút và mạch vịng của mạch điện
Một mạch điện phúc tạp bao gồm nhiều nhánh kết nối với nhau tạo thành
một mạch vịng khép kín giao nhau tại các nút.
10


Nhánh: là một phần của mạch điện, trong đó các phần tử mạch mắc nối tiếp
với nhau sao cho có cùng một dòng điện chạy qua.
Nút: là chỗ giao nhau của các nhánh (ít nhất 2 nhánh trở lên).
Mạch vịng: là mạch khép kín các nhánh.
2 Các định luật cơ bản về mạch điện
Các định luật của mạch điện đã học ở vật lý, ở đây nhấn mạnh áp dụng các
biểu thức vào tính tốn mạch điện.
2.1 Định luật Ơm
2.1.1 Định luật ôm cho đoạn mạch

Xét nhánh thuần điện trở. Biểu thức tính điện áp trên điện trở là: U=RI
Biểu thức tính dịng điện qua điện trở là: I 

U
R

U -tính bằng V
I -tính bằng A
R- tính bằng 
2.1.2 Định luật Ơm cho tồn mạch

11

Xét biểu thức có E và R. Biểu thức tính điện áp U:
U= U1+ U2+ U3+ U4
= R1I- E1 +R2I + E2
= (R1+R2)I –(E1- E2)
Vậy U   RI   E
Trong biểu thức trên quy ước dấu như sau: Sức điện động E và dịng điện I
có chiều trùng với điện áp U sẽ lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm.
Biểu thức dọng điện: I 

U E
R

Trong biểu thức trên quy ước dấu như sau: Sức điện động E và điện áp U có
chiều trùng với chiều dịng điện sẽ lấy dấu dương, ngược lại sẽ lấy dấu âm.
2.2 Định luật Jun- Len xơ (Joule -Lenzo)
2.2.1 Định luật Jun- Len xơ
Dịng 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 cho
các phân tử của vật dẫn tăng mức chuyển động nhiệt. Kết quả vật dẫn bị dòng điện
đốt nóng. Đó là tác dụng phát nhiệt của dịng điện.
Gọi điện trở vật dẫn là R. Khi đặt vào điện áp U, dòng điện qua vật dẫn xác
định theo định luật Ơm:
Cơng suất tiếp nhận trên vật dẫn là: P=U.I=I.R.I=I2.R (W)
Trong thời gian t, cơng do dịng điện thực hiện là: A= P.t= I2.R.t (J)
Công này đã được truyền cho vật dẫn, chuyển thành nhiệt. Biết đương lượng
công của nhiệt là J=0,24 cal nên ta có: Q=0,24 A=0,24 I2.R.t (cal)
Biểu thức này được nhà bác học Anh là Joule và nhà bác học Nga là Lenz
tìm ra bằng thực nghiệm năm 1844 gọi là định luật Joule – Lenz. Định luật phát
12

biểu như sau: “ Nhiệt lượng do dòng điện tỏa ra trong vật dẫn tỷ lệ với bình
phương cường độ dòng điện, với điện trở vật dẫn và thời gian duy trì dịng điện.”
Đối với dịng điện biến đổi theo thời gian i(t), ta có thể tính nhiệt lượng toả
ra trên đoạn mạch có điện trở R sau thời gian t bằng công thức:
t

Q   R.I 2 .t

2.2.2 Ứng dụng

0

Tác dụng nhiệt của dòng điện được ứng dụng từ rất sớm để chế tạo các dụng
cụ đốt nóng bằng dòng điện như đèn điện sợi đốt, bếp điện, mỏ hàn điện, bàn là...
Mặt khác mỗi dây dẫn đều có điện trở rd nên sẽ tiêu tán điện năng dưới dạng nhiệt,
gọi là năng lượng tổn hao, làm giảm hiệu suất của thiết bị. Nhiệt lượng tỏa ra làm
nóng vật dẫn và có thể hư hỏng cách điện.
Khi hai cực của nguồn điện chập nhau qua một điện trở không đáng kể, dòng
điện trong mạch sẽ vượt quá trị số cho phép nhiều. Hiện tượng đó gọi là ngắn mạch
(hay chập mạch). Khi ngắn mạch nhiệt độ dây dẫn trong các cuộn dây đạt tới trị số
nguy hiểm. Để bào vệ chúng khơng bị nóng q, phương pháp đơn giản nhất là
dùng cầu chì hoặc rơle nhiệt.
2.3 Định luật Kiêcshop
2.3.1 Định luật Kieecsshop 1(Định luật dòng điện điểm nút - KI)
Định luật này cho ta quan hệ giữa dòng điện tại 1 nút, được phát biểu như
sau: Tổng đại số những dịng điện tại 1 nút bằng 0.

Trong đó quy ước dòng điện đi tới nút lấy dấu dương, dòng điện rời khỏi nút

lấy dấu âm.  Inút  0
Ở hình trên thì I1+ (-I2)+ (-I3)=0
2.3.2 Định luật Kieecsshop 2(Định luật thế mạch vòng - KU).
Định luật này cho ta quan hệ giữa sức điện động, dòng điện và điện trở trong
một mạch vịng khép kín, được phát biểu như sau: Tổng đại số những sức điện
động bằng tổng đại số các điện áp rơi trên các điện trở của mạch vòng.
13


 RI   E

Quy ước dấu: Các sức điện động, dịng điện có chiều trùng với chiều mạch
vịng lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm.
Đối với mạch vòng hình trên thì:
R1I1- R2I2+ R3I3= E1+E2-E3
2.3.3 Bài tập ứng dụng
Tính dòng điện I3 và sức điện động E1, E2 trong mạch điện như hình vẽ. Cho
biết I2= 10A, I1=4 A, R1= 1  , R2=2  , R3=5 
Giải:
Áp dụng định luật Kiecshop 1 tại nút A ta có:
-I1+ I2-I3=0  I3= I2- I1= 10-4= 6A
Áp dụng định luật Kiecshop 2 cho mạch vòng a,b:
E1= R1I1+ R2I2= 1.4+2*10= 24V
E3= R3I3+ R2I2 = 5*6+2*10=50V
3 Nguồn điện
3.1 Khái niệm nguồn điện
Nguồn điện: là nơi sản sinh ra năng lượng để cung cấp cho mạch. Nguồn
điện có thể là nguồn điện 1 chiều hoặc nguồn điện xoay chiều.
3.2 Nguồn điện 1 chiều
Nguồn điện 1 chiều: Các loại nguồn điện 1 chiều

14


3.2.1 Pin, ác quy

Biến đổi hóa tính năng thành điện năng (hình 1.1). Điện áp giữa 2 điện cực
của 1 phần tử khơng lớn, vì thế để có điện áp lớn ta nối tiếp các phần tử với nhau
(hình 1.2a); để dòng điện lớn ta nối song song các phần tử với nhau (hình 1.2b).

3.2.2 Pin mặt trời

15


Pin mặt trời là việc dựa vào hiệu ứng quan điện, biến đổi trực tiếp quang
năng thành điện năng. Dưới tác dụng của ánh sáng hình thành sự phân bố điện tích
khác dấu ở lớp tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn khác nhau sẽ tạo ra điện áp giữa 2 cực
(hình 1.3).
3.2.3 Máy phát điện 1 chiều

Máy phát điện biến đổi cơ năng dựa vào trục quay của máy thành điện năng
lấy ra ở cực của dây quấn (hình 1.4).
3.2.4 Bộ nguồn điện tử công suất

Bộ nguồn điện tử công suất không tạo ra điện năng mà chỉ biến đổi điện áp
xoay chiều (lấy từ lưới điện) thành điện áp 1 chiều lấy ra từ 2 cực (hình 1.5).
3.3 Đấu ghép nguồn thành bộ
3.3.1 Đấu ghép song song các nguồn áp thực tế
A
A

r

r
e(t)

B

r
e(t)

R

r
e(t)

E(t)

e(t)

B
16


Hình 1.14: Đấu ghép song song các nguồn áp
Xét trường hợp có n nguồn áp (khi mắc nguồn thành bộ nên chọn các nguồn
có giá trị s.đ.đ và dung lượng nguồn giống nhau) có giá trị s.đ.đ của nguồn là e(t),
nội trở của nguồn là r, mắc song song với nhau như ở hình 1.14. Khi đó ta sẽ được
một nguồn điện tương đương có giá trị s.đ.đ là E(t), nội trở của nguồn tương đương
là R. Trong đó:

Từ các biểu thức trên ta thấy:
Khi mắc nối tiếp các nguồn áp, s.đ.đ tương đương của bộ nguồn không thay
đổi, nhưng nội trở tương đương của bộ nguồn giảm đi n lần, do vậy dung lượng (số
A.h) của bộ nguồn sẽ được tăng lên.
Kết luận:
Khi cần tăng s.đ.đ của bộ nguồn ta thực hiện mắc nối tiếp các bộ nguồn, khi
cần tăng dung lượng cho bộ nguồn ta thực hiện mắc song song các nguồn áp với
nhau. Khi cần tăng cả giá trị s.đ.đ và dung lượng của bộ nguồn ta thực hiện mắc
hỗn hợp các nguồn áp với nhau.
3.3.2 Bài tập áp dụng
Bài 1: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 5 A.h; hãy tiến hành đấu
ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có dịng
tải định mức là 3 A.
Bài 2: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu
ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 48 V, cung cấp cho tải có dịng
tải định mức là 2 A.
Bài 3: Một ắc quy có Udm = 20 V, dung lượng 45 A.h; hãy tiến hành đấu
ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có dịng
tải định mức là 25 A.
Bài 4: Một ắc quy có Udm = 20 V, dung lượng 2 A.h; hãy tiến hành đấu
ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 20 V, cung cấp cho tải có dịng
tải định mức là 30 A.

17


Bài 5: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu
ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 12 V, cung cấp cho tải có dịng
tải định mức là 20 A.
Bài 6: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu

ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 60 V, cung cấp cho tải có dịng
tải định mức là 15 A.
Bài 7: Một ắc quy có Udm = 12 V, dung lượng 3 A.h; hãy tiến hành đấu
ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 48 V, cung cấp cho tải có dịng
tải định mức là 25 A.
Bài 8: Một viên pin Cd-Ni có Udm = 1,2 V, dung lượng 500 mA.h; hãy tiến
hành đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 3,6 V, cung cấp cho tải
có dịng tải định mức là 1,5 A.
Bài 9: Một viên pin có Udm = 1,5 V, dung lượng 150 mA.h; hãy tiến hành
đấu ghép để được một bộ nguồn một chiều có Udm = 12 V, cung cấp cho tải có
dịng tải định mức là 1 A.
4 Phương pháp giải mạch điện phức tạp
Giải mạch điện là tính dịng điện, điện áp, cơng suất của các nhánh, các phần
tử. Dòng điện trong các nhánh còn chưa biết, vì thế ta tùy ý chọn chiều dịng điện
(gọi là chiều dương) trong các nhánh. Kết quả tính tốn nếu dịng điện I>0 thì chiều
thực của dịng điện trong nhánh trùng với chiều dương đã chọn. Nếu I<0 thì chiều
thực của dịng điện ngược với chiều đã chọn.
Chúng ta xét 3 phương pháp cơ bàn dưới đây:
4.1 Phương pháp dòng điện nhánh
4.1.1 Phương pháp giải
Ẩn số của hệ phương trình là dịng điện các nhánh.
Phương pháp này ứng dụng trực tiếp 2 định luật Kieecsshop 1 và 2, và được
thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Xác định số nút n=……., số nhánh m=….., số ẩn của hệ phương
trình bằng số nhánh m.
Bước 2: Tùy ý vẽ chiều dịng điện trong mỗi nhánh.
Bước 3: Viết phương trình Kiecsshop 1 cho (n-1) đã chọn.

18

Bước 4: Viết phương trình Kieecsshop 2 cho m- (n-1)= m-n+1 mạch vòng
độc lập.
Bước 5: Giải hệ thống m phương trình đã thiết lập, ta có dịng điện các
nhánh.
4.1.2 Bài tập áp dụng
Áp dụng phương pháp dịng điện nhánh tính dịng điện trong các nhánh của
mạch điện như hình vẽ?

Giải
Bước 1: Mạch điện có 2 nút A và B, số nút n=2; mạch có 3 nhán 1,2,3, số
nhánh m=3.
Bước 2: Vẽ chiều dịng điện I1, I2,I3 như hình vẽ.
Bước 3: Số nút cần viết phương trình Kiecshop 1 là n-1=2-1=1. Chọn nút A.
Phương trình Kiecshop 1 viết cho nút A là:
I1-I2+I3=0 (1)
Bước 4: Chọn m-n+1= 3-2+1=2 mạch vòng
Chọn 2 mạch vịng độc lập a và b như hình vẽ. Viết phương trình Kiecshop 2
cho mạch vịng a và b.
Mạch vịng a: 47. I1 + 22.I2= 10 (2)
Mạch vòng b: 22 .I2 + 68.I3= 5 (3)
Giải hệ 3 phương trình 1,2,3 ta có dịng điện các nhánh là:
I1= 138 mA
I2= 160 mA
I3= 22 mA
19


4.2 Phương pháp dòng điện mạch vòng
4.2.1 Phương pháp giải

Ở phương pháp này ẩn số ở hệ phương trình khơng phải là dòng điện trong
các nhánh mà là một dòng điện mạch vịng mang ý nghĩa về tốn học vì nếu biết
được chúng có thể dễ dàng tính dịng điện tại các nhánh.
Các bước giải theo phương pháp dòng điện mạch vòng như sau:
Bước 1: Xác định m-n+1 mạch vòng độc lập và tùy ý vẽ chiều dòng điện
mạch vòng, thơng thường nên chọn chiều dịng điện giống nhau, thuận tiện cho
việc lập hệ phương trình.
Bước 2: Viết phương trình Kiecshop 2 cho mỗi mạch vòng theo dòng điện
mạch vòng đã chọn.
Bước 3: Giải phương trình vừa thiết lập, ta có dịng điện mạch vịng.
Bước 4: Tính dịng điện các nhánh theo dòng điện mạch vòng như sau: dòng
điện mỗi nhãnh bằng tổng đại số dòng điện mạch vòng chạy qua nhánh ấy.
4.2.2 Bài tập ứng dụng
Áp dụng phương pháp dịng điện mạch vịng giải mạch điện như hình vẽ?

Giải
Bước 1: Số mạch vòng độc lập: m- n+ 1= 3- 2+1=2 mạch vòng
Vẽ dòng điện mạch vòng Ia, Ib như hình vẽ
Bước 2: Viết phương trình Kiecshop 2 cho các mạch vòng
Mạch vòng a: (47+22). Ia- 22. Ib= 10
69 Ia -22 Ib= 10 (1)
Mạch vòng b: -22 Ia+ (22+82) Ib=-5
20


-22 Ia+ 104 Ib= -5 (2)
Bước 3: Giải hệ gồm 2 phương trình 1 và 2

Sử dụng ma trận: Ia=

Ib =

10  22
 5 104
69  22
 22 104
69
 22
69
 22

10
5
 22
104

=

=

(10 *104)  (5) * (22)
=0,139A
69 *104  (22) * (22)

69 * (5)  (22) *10
=-0,0187A
69 *104  (22) * (22)

Bước 4: Tính dịng điện nhánh
I1=Ia= 139mA

I2= Ia- Ib= 139-(-18,7)= 158 mA
I3= Ib= -18,7 mA
4.3 Phương pháp điện áp hai nút (Phương pháp điện thế nút)
4.3.1 Phương pháp giải
Phương pháp này sử dụng ẩn số trung gian là điện thế các nút để thiết lập hệ
phương trình.
Biết điện thế các nút, ta dễ dàng tính dịng điện các nhánh. Xét mạch điện
như hình vẽ:

Tùy ý chọn trước điện thế 1 điểm coi là biết trước. Thường lấy điện thế điểm
ấy bằng 0.
21


Ở đây chọn điện thế điểm C bằng 0: C  0
Dựa vào định luật Ơm ta có dịng điện các nhánh
E1   A
R1

I1 =

I2 =

A
R2

I3 =

 A B
R3

I4 =

B
R4

I5 =

E5   B
R5

Định luật Kieecsshop 1 tại nút A: I1-I2-I3=0
E1   A  A  A   B
- =0
R2
R3
R1
(

1
1
1
1
1

 ) A  ( ) B  ( ) E1
R1 R2 R3
R3
R1

Định luật Kiecshop 1 tại điểm B:
I3-I4-I5=0
 (

Gọi GA= (
GB= (

1
1
1
1
1
) A  ( 
 ) B  ( ) E5 
R3
R3 R4 R5
R5

 B   B  B E5   B
- =0
R3
R5
R4

1
1
1

 ) -Tổng dẫn của các nhánh nối với nút A
R1 R2 R3

1
1
1

 ) - Tổng dẫn của các nhánh nối với nút B
R3 R4 R5

GAB=

1
R3

- Tổng dẫn chung giữa 2 nút A và B

G1=

1
R1

- Điện dẫn nhánh 1

G5=

1
R5

- Điện dẫn nhánh 5

Hệ phương trình điện thế nút sẽ là:

GA A - GAB B = G1 E1

- GAB A + GB B = - G5 E5
22


Giải hệ phương trình ta sẽ có điện thế các nút, và từ đó tính được dịng điện tại các
nhánh.
Các bước để giải mạch điện theo phương pháp điện thế nút là:
Bươc 1: Xác định số nút n.
Bước 2: Chọn 1 nút bất kỳ có điện thế biết trước.
Bước 3: Tính tổng dẫn của các nhánh nối với mỗi nút GA, GB….. và tổng dẫn
chung của các nhánh giữa 2 nút GAB…và điện dẫn các nhánh có nguồn G1, G5.
Bước 4: Lập hệ phương trình điện thế nút.
Bước 5: Giải hệ phương trình ta có điện thế của mỗi nút.
Bước 6: Sử dụng định luật Ơm tính dịng điện của các nhánh.
4.3.2 Bài tập áp dụng: Giải bài toán ở hình sau

Giải
1
1
1
GA= ( 1  1  1 ) = (
)  0,00663


R1

R2

R3

470

680

330

1
1
1
GB= ( 1  1  1 ) = (
)  0,01403


R3

R4

R5

330

1000

100

1
GAB= 1 =
 0.00303

R3

300

G1=

1
1
=
R1 470

G5=

1
1
=
R5 100

Hệ phương trình điện thế nút
23


4,5
470
7
 0,00303 A  0,01403 B 
100

0,00663 A  0,00303 B 

Giải hệ phương trình ta có:  A  0,928V ;  B  5,19V
Từ đó tính được dịng điện các nhánh:
I1 =
I2 =

E1   A 4,5  0,928
=
 0,01155 A
470
R1

A
R2

=

 0,928
 0,00136 A
680

 0,928  5,19
I3 =  B   B =
 0,01291A
330

R2

I4 =
I5 =

B
R4

=

 05,19
 0,00519 A
1000

E5   B 7  5,19
=
 0,0181A
100
R5

4.4 Phương pháp xếp chồng dòng điện
4.4.1 Nguyên lý xếp chồng
Trong mạch điện tuyến tính, đáp ứng của mạch với nhiều nguồn kích thích độc lập
bằng tổng đại số các đáp ứng với từng nguồn kích thích độc lập riêng rẽ. Trong đó:
Đáp ứng thành phần nào cùng với chiều quy ước của đáp ứng tổng sẽ mang dấu
dương (+), ngược lại sẽ mang dấu âm (-).
Khi tìm đáp ứng của mạch với một nguồn kích thích độc lập nào đó phải triệt
tiêu các nguồn độc lập khác bằng cách:
+ Nguồn áp thì ngắn mạch (đoản mạch) đoạn mạch chứa nguồn.
+ Nguồn dịng thì hở mạch đoạn mạch chứa nguồn.
4.4.2 Phương pháp giải
Bước 1: Thiết lập mơ hình mạch điện do một nguồn tác động, các nguồn khác coi
bằng khơng.
Bước 2: Tính dòng điện, điện áp trên các nhánh do một nguồn tác động.
24

Bước 3: Thiết lập mơ hình mạch điện cho nguồn tiếp theo tác động, các nguồn
khác coi bằng không và lặp lại bước 2 .
Bước 4: Xếp chồng (cộng đại số) các kết quả do các nguồn tác động riêng rẽ.
4.4.3 Bài tập áp dụng
Bài 1:
Cho mạch điện biết
R1= 2, R2= 4, R3= 4
E1= 40V, E3= 16V.
Tính dịng điện trên các nhánh.

Giải
Bước 1: Thiết lập mơ hình mạch điện do nguồn E1 tác động, coi E3 =0.
Bước 2: Tính dịng điện, điện áp trên các nhánh do nguồn E1 tác động.
Ta có: (R2 // R3) nt R1
R23 

R 4
  2
n 2

Rtm = R1 + R23 = 2 +2 = 4
I1' 

E1 40

 10 A
Rtm
4

U AB  I1' .R23  10.2  20V
U
20
 5 A (Vì R2 = R3)
I  I  AB 
R2
4
'
2

A

I 1'
R1

I 2'

I 3'
R3

R2

E1

'
3

B

Bước 3: Thiết lập mơ hình mạch điện cho nguồn E3 tác động, coi E1 =0 và lặp lại
bước 2.
Ta có: (R1 // R2) nt R3
R12 

R1 .R2
R1  R2



2.4 8 4
  
24 6 3
25