Giáo trình điện kỹ thuật (nghề cốt thép hàn trung cấp)

BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT
NGHỀ: CỐT THÉP HÀN
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP



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.
ng Bí, ngày

tháng

Người biên soạn

năm 20



CHƯƠNG I: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
* Mục tiêu: Học xong chương này người học có khả năng:
- Nêu được khái niệm cơ bản về mạch điện một chiều; Định luật ôm; Định luật ôm cho
một đoạn mạch; Định luật ôm cho toàn mạch.
1. Những khái niệm cơ bản về mạch điện một chiều

1.1. Mạch điện
Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng dây dẫn tạo thành
những vịng kín trong đó dịng điện có thể chạy qua.
Mạch điện gồm ba phần tử cơ bản là nguồn điện, vật tiêu thụ điện, dây dẫn và
các thiết bị phụ trợ như: thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ, tự động…

Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện gồm có nguồn điện, Ampe kế, Bóng đèn, Cơng tắc
1.2. Các phần tử của mạch điện
a. Nguồn điện
Các thiết bị để biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng gọi là nguồn
điện như:
- Biến đổi hóa năng thành điện: Pin, Ăcquy…
- Biến đổi cơ năng thành điện: Máy phát điện…
- Biến đổi nhiệt năng thành điện: Cặp nhiệt điện…
- Biến đổi quang năng thành điện: Pin quang điện ….
Trên sơ đồ nguồn điện được biểu thị bằng một sức điện động (s.đ.đ), ký hiệu là
E, có chiều đi từ cực âm (-) về cực dương (+) của nguồn và 1 điện trở trong r 0 (còn gọi
là nội trở).
b. Dây dẫn
Dây dẫn làm bằng kim loại (Đồng, Nhôm…) để dẫn dòng điện (truyền tải điện
năng) từ nguồn điện tới nơi tiêu thụ.
Trên sơ đồ dây dẫn được biểu thị bằng 1 điện trở đường dây, ký hiệu là r d .
c.Vật tiêu thụ điện (Phụ tải)
Các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng
lượng khác, như quang năng (Đèn điện), nhiệt năng (Bếp điện, Lò điện, Hàn điện…),
cơ năng (Nam châm điện, Động cơ điện…), hố năng (bình điện phân, mạ điện… ).
Công suất tiêu thụ điện của vật tiêu thụ gọi là phụ tải - gọi tắt là tải.


Trên sơ đồ, các phụ tải như Đèn điện, Bếp điện, Lò điện… được biểu thị bằng 1

điện trở R, cịn các phụ tải như động cơ điện, bình mạ điện, bình điện phân… được
biểu thị bằng 1 sức điện động E (còn gọi là sức phản điện) và điện trở trong r 0 .
d. Các thiết bị phụ trợ:
- Đóng cắt và điều khiển mạch điện như: Cầu dao, Máy cắt…
- Đo lường các đại lượng trong mạch như: Ampe mét, Vôn mét…
- Bảo vệ mạch điện như: Cầu chì, Rơle…
2. Định luật Ơm
2.1. Định luật Ơm cho một đoạn mạch
Dòng điện trong một đoạn mạch tỷ lệ với điện áp hai đầu đoạn mạch và tỷ lệ
nghịch với điện trở của đoạn mạch
I=

U
R

(1.1)

Từ (1.1) rút ra:
U = I.R

(1.2)

Vậy điện áp đặt vào điện trở (còn gọi là sụt áp trên điện trở) tỷ lệ với trị số điện
trở và dòng điện qua điện trở.
Trong biểu thức (1.1), nếu cho U = 1V, I = 1A thì R = 1. Vậy Ôm là điện trở
của một đoạn mạch khi có dịng điện 1 Ampe đi qua gây ra một sụt áp (điện áp) là 1
Vôn trên điện trở.
2.2. Định luật Ơm cho tồn mạch
Giả sử có mạch điện khơng phân nhánh trên hình 1.2. Gồm nguồn điện
có s.đ.đ là E, nội trở là r 0 , cung cấp cho phụ tải có điện trở là R, qua một đường dây có

điện trở là R d , dịng điện trong mạch là I.
Áp dụng định luật Ôm cho từng đoạn mạch, ta có:
- Sụt áp trên phụ tải: U = I . R
- Sụt áp trên đường dây: U d = I.R d
- Sụt áp trên điện trở trong của nguồn: U 0 = I.r 0
Muốn duy trì dịng điện I thì s.đ.đ E của nguồn phải cân bằng với các sụt áp
trong mạch:
E = U + U d + U 0 = I ( R+ R d + r 0 ) = I.R Σ Trong đó: R Σ = R + R d + r 0
Vậy: Dòng điện trong mạch tỷ lệ với s.đ.đ của nguồn và tỷ lệ nghịch với điện
trở tồn mạch:
I=

Ví dụ 1.1:

E
E
=
RΣ r0 + R

Mạch điện hình 1.2 có:
E = 231V, r 0 = 0,1 Ω


R = 22 Ω , R d = 1 Ω

Hình 1.2

Hãy xác định dòng điện trong mạch, điện áp đặt vào phụ tải và sụt áp trên
đường dây, điện áp trên hai cực của nguồn?
Giải:

Áp dụng định luật Ôm cho tồn mạch để tính dịng điện
I=

E
E
231
=
=
= 10 A
rΣ r0 + Rd + R 22 + 0.1 + 1

Điện áp vào các điện trở tính theo (1.2)
Điện áp đặt vào tải:
U = I.R = 10 . 22 = 220V
Sụt áp trên đường dây:
U d = I.R d = 10 . 1 = 10V.
Sụt áp trên điện trở trong:
U 0 = I.r 0 = 10 . 0,1 = 1V
Điện áp đầu đường dây bằng điện áp trên phụ tải cộng với sụt áp trên đường dây:
U 1 = U + U d = 220 + 10 = 230V
3. Giải mạch điện một chiều bằng phương pháp biến đổi điện trở
Phương pháp biến đổi điện trở nhằm mục đích đưa mạch điện phức tạp về dạng
đơn giản. Mạch điện mắc nối tiếp hay mắc song song ta đưa về mach tương đương đơn
giản sau đó áp dụng định luật Ơm để giải mạch điện tìm các thơng số của mạch.
Trường hợp mạch điện chỉ có một nguồn đấu hỗn hợp thì phương pháp giải có
ba bước cơ bản sau:
Bước 1: Đưa mạch điện phân nhánh về mạch điện không phân nhánh bằng cách
thay các nhánh song song bằng một nhánh có điện trở tương đương (như mạch mắc
song song).
Bước 2: Áp dụng định luật Ơm cho tồn mạch để tính dịng điện qua mạch

chính (qua nguồn và các đoạn khơng phân nhánh).
Bước 3: Tính dịng điện ở các mạch nhánh song song.
sau:

Ví dụ 1.2: Xác định dòng điện và điện áp trên các phần tử của mạch điện hình
Biết U = 120 V ; R 1 = 0,12Ω ; R 2 = 2Ω ; R 3 = 10Ω ; R 4 = 20Ω ; R 5 = 50Ω.


Giải :
Điện dẫn tương đương của đoạn BC :
g BC =

1
1
1
1
1
1
1
= 0,17 S
=
+
+
=
+
+
R BC R3 R4 R5 10 20 50

Điện trở tương đương :
R BC =

1
= 5,88 Ω
0,17

Điện trở tương đương toàn mạch :
R = R 1 + R 2 + R BC = 0,12 + 2 + 5,88 = 8Ω
Dịng điện mạch chính :
I=

U 120
=
= 15 A
R
8

Điện áp trên các phần tử :
U 1 = I.R 1 = 15 . 0,12 = 1,8 V
U 2 = I.R 2 = 15 . 2 = 30 V
U 3 = U 4 = U 5 = U BC = I.R BC = 15 . 5,88 = 88,2 V
Dòng điện ở các mạch rẽ :

I5 =

I3 =

U BC 88,2
= 8,82 A
=
R3

10

I4 =

U BC 88,2
= 4,41 A
=
20
R4

U BC 88,2
= 1,76 A
=
R5
50

Câu hỏi ôn tập
1. Hãy trình bày khái niệm cơ bản về mạch điện 1 chiều?
2. Hãy trình bày định luật ơm?


CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN
* Mục tiêu: Học xong chương này người học có khả năng:
- Nêu được Định nghĩa - cách tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin 1 pha.
- Trình bày được pha và sự lệch pha, trị số hiệu dụng.
- Nêu được mạch xoay chiều thuần điện trở.
- Nêu được mạch xoay chiều thuần điện cảm.
- Nêu được mạch xoay chiều thuần điện dung.
- Nêu được mạch điên R-L-C nối tiếp.
1. Những khái niệm cơ bản vẻ mạch điện một chiều.

Dòng điện xoay chiều là dòng điện biến đổi cả chiều và trị số theo thời gian.
Dòng điện xoay chiều thường là dòng điện biến đổi tuần hoàn, nghĩa là cứ sau một
khoảng thời gian nhất định, nó lại lặp lại q trình biến thiên như cũ.
Dòng điện xoay chiều biến thiên theo quy luật hình sin theo thời gian gọi là
dịng 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 ký hiệu là T, đơn vị đo là đơn vị thời gian (s).
- Tần số: Số chu kỳ của dòng điện thực hiện trong một giây gọi là tần số, ký
hiệu là f.
f =

1 ω
=
T 2π

Đơn vị của tần số là héc, ký hiệu là Hz.
Dòng điện có tần số 1 Hz là dịng điện thực hiện một chu kỳ mỗi giây. Tần số
càng lớn thì dòng điện biến thiên càng nhanh.
Nước ta và phần lớn các nước trên thế giới đều quy định tần số của dịng điện
cơng nghiệp là 50Hz. Một số nước Tây Âu dùng tần số 60Hz.
- Giá trị tức thời
Trên đồ thị hình 2.1, ta thấy tại mỗi thời điểm t, dịng điện có một hệ số tương
ứng gọi là giá trị tức thời của dòng điện


Hình 2.1. Dịng điện xoay chiều hình sin
Từ định nghĩa về dòng điện một chiều, đối với dòng điện biến thiên cơng thức
tính dịng điện là:
i=

dq
dt

d q : là lượng điện tích qua tiết diện dây trong thời gian dt tại thời điểm t.
- Giá trị biên độ
Trong quá trình biến thiên, dòng điện đạt giá trị lớn nhất, gọi là trị số cực đại
hay biên độ của dòng điện, ký hiệu là I m .
Dòng điện xoay chiều đạt trị số cực đại cả về phía dương và phía âm. Vậy chu
kỳ cũng là khoảng thời gian giữa hai cực đại dương liên tiếp hoặc hai cực đại âm liên
tiếp.
2. Pha và sự lệch pha, trị số hiệu dụng
2.1. Giá trị hiệu dụng
Trị số hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là giá trị tương đương với dòng điện
một chiều khi đi qua cùng một điện trở. Trong mỗi chu kỳ, chúng cùng toả ra một năng
lượng dưới dạng nhiệt như nhau.
Ký hiệu giá trị hiệu dụng: I
I=

Im
2

Vì quan hệ giữa giá trị hiệu dụng với giá trị biên độ và xét đến ý nghĩa động lực
học của trị hiệu dụng, nên các dụng cụ đo lường điện hình sin đều được chế tạo để chỉ
giá trị hiệu dụng U, I chứ khơng chỉ giá trị biên độ.
Do đó trong kỹ thuật điện khi nói đến trị số dịng điện, điện áp ta hiểu đó là giá
trị hiệu dụng. Vì vậy lượng hình sin thường được đặc trưng bởi một cặp số hiệu dụng ,
pha đầu. Ví dụ (I, ψ i ), (U, ψ u )

2.2. Pha và sự lệch pha
+ Pha: là trạng thái biến đổi của sức điện động (hay dòng điện) theo thời gian
(tăng lên hay giảm xuống qua trị số không và cực đại) gọi là pha của sức điện động
hoặc dòng diện.
+ Sự lệch pha: nếu hai dòng điện hoặc hai sức điện động hình sin có trị số biến
đổi đồng thời (cùng tăng lên cùng giảm xuống qua trị số 0 và cùng cực đại, cùng đổi
chiều) thì gọi là hai dòng điện (hoặc s.đ.đ) cùng pha. Trái lại là sự lệch pha.
Biểu thức dòng điện trong trường hợp tổng quát có dạng:
i = I m sin (ωt + ψ)
Lượng ωt + ψ đặc trưng cho dạng biến thiên của dịng điện hình sin hay các đại
lượng hình sin nói chung được gọi là góc pha, hay pha của lượng hình sin. Tại thời
điểm t = 0, góc pha bằng ψ, nên ψ được gọi là góc pha đầu.
Lượng ω càng lớn thì tốc độ biến thiên càng nhanh, nên được gọi là tốc độ góc
hay tần số góc, đơn vị là rad/s. khi lượng hình sin biến thiên hết một chu kỳ, t = T, thì
góc pha biến thiên được một góc đầy 3600 hay 2π rad. Vậy:
ω.T = 2π
Từ đó: ω = 2π/T = 2πf.
Một lượng hình sin sẽ được hoàn toàn xác định nếu biết:
1. Biên độ (E m , I m , U m …. )
2. Tốc độ góc ω, hoặc chu kỳ T, hoặc tần số f.
3. Góc pha đầu ψ

Hình 2.2: Đồ thị của 2 s.đ.đ e 1 , e 2 , lần lượt có góc pha đầu là ψ 1 và ψ 2
Biểu thức s.đ.đ của chúng là:
e 1 = E m sin (ωt + ψ 1 )


e 2 = E m sin (ωt + ψ 2 )
Ta thấy e 1 và e 2 có dạng biến thiên tương tự nhau, nhưng e 1 luôn chậm sau e 2
một khoảng thời gian hay một góc nào đó, như đạt cực đại chậm hơn, triệt tiêu chậm

hơn … Lượng sai khác đó chính là hiệu hai góc pha của e 1 và e 2 và được gọi là góc
lệch pha giữa chúng, ký hiệu φ
φ = (ωt + ψ 2 ) – (ωt + ψ 1 ) = ψ 2 – ψ 1
- Nếu φ > 0 tức ψ 2 > ψ 1 ta có e 2 vượt pha trước e 1 , hay e 1 chậm sau e 2 .
- Nếu φ < 0, tức ψ 2 < ψ 1 ta có e 2 chậm pha sau e 1 .
- Nếu ψ 2 = ψ 1 thì φ = 0 ta có e 1 và e 2 đồng pha.
- Nếu φ = ψ 2 - ψ 1 = 1800 thì e 1 và e 2 là hai đại lượng đối pha.
3. Mạch xoay chiều thuần điện trở
3.1. Định nghĩa
Giả sử ta có mạch điện với hệ số tự cảm rất bé có thể bỏ qua và khơng có thành
phần điện dung, chỉ có điện trở R (hình 3.5), ta gọi là nhánh thuần điện trở. Trong
nhánh xoay chiều thuần điện trở, dòng điện và điện áp đồng pha.
3.2. Quan hệ dòng điện và điện áp.
Biểu thức dòng và áp có dạng như sau:
i = I m sin (ωt + ϕ)
u = U m sin (ωt + ϕ)
Đồ thị vectơ và đồ thị thời gian dòng và áp của nhánh vẽ trên hình 3.5


u, i

UR
i
ωt

Hình 2.3. Đồ thị vectơ và đồ thị thời gian dịng và áp mạch thuần trở
* Định luật Ơm của nhánh thuần điện trở phát biểu như sau: trong nhánh thuần
điện trở, trị hiệu dụng của dòng điện tỷ lệ thuận với trị hiệu dụng của điện áp đặt vào
nhánh, tỷ lệ nghịch với điện trở nhánh.

I=

U
R

Công suất trung bình trong một chu kỳ của mạch xoay chiều gọi là công suất
tác dụng hay công suất hữu công, ký hiệu là P.
Đối với nhánh thuần điện trở công suất tác dụng bằng:
P = U.I = I2 . R = U2/R
Đơn vị đo là Watt - W
Công suất tác dụng đặc trưng cho tốc độ biến đổi trung bình của điện năng
thành các dạng năng lượng khác như nhiệt, quang, hóa, cơ…
Điện năng tiêu thụ trong thời gian t tính theo công suất tác dụng:
W r = P.t
4. Mạch xoay chiều thuần điện cảm
4.1. Định nghĩa
Nhánh có cuộn dây với hệ số tự cảm L khá lớn, điện trở đủ bé có thể bỏ qua và
khơng có thành phần điện dung, được coi là nhánh thuần điện cảm.
Trong nhánh thuần điện cảm, điện áp vượt pha trước dòng điện 900 hay π/2
rad.
4.2. Quan hệ dòng điện và điện áp
Biểu thức dịng và áp có dạng như sau
i = I m sin (ωt + ϕ)
u = U m sin (ωt + ϕ + 900)


Đồ thị vectơ và đồ thị hình sin của nhánh như hình 3.6

Hình 2.4. Đồ thị vectơ và đồ thị thời gian dòng và áp mạch thuần cảm
* Định luật Ôm của nhánh thuần điện cảm phát biểu như sau: trị hiệu dụng của

dòng điện trong nhánh thuần điện cảm tỷ lệ với trị hiệu dụng điện áp đặt vào nhánh, tỷ
lệ nghịch với cảm kháng của nhánh.

I=

U
XL

X L = L.ω = L.2πf : Cảm kháng của mạch thuần cảm, đơn vị là Ω.
4.3. Công suất
Nhánh thuần điện cảm không tiêu thụ năng lượng, mà chỉ có sự tiêu thụ năng
lượng giữa nguồn và từ trường. Công suất tác dụng trong nhánh, tức cơng suất trung
bình trong một chu kỳ P = 0.
Để đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng giữa nguồn và từ trường, người ta
dùng đại lượng gọi là công suất phản kháng hay công suất vô công, ký hiệu là Q, đo
bằng biên độ công suất trao đổi trong mạch.
Q L = U.I = I2 .X L = U2/X L
Đơn vị của công suất phản kháng là VAr hoặc KVAr.
Điện năng vơ cơng được tính tương tự như điện năng hữu công:
W x = Q.t (VArh)
5. Mạch xoay chiều thuần điện dung
5.1. Định nghĩa
Giả sử tụ điện có điện dung C, tổn hao khơng đáng kể, điện cảm của mạch có
thể bỏ qua, đặt vào điện áp xoay chiều u = U m sinωt tạo thành mạch thuần điện dung
sẽ có dịng điện tồn tại lâu dài qua tụ, dựa vào hiện tượng tích phóng điện của tụ ta có
nhận xét: ở nhánh xoay chiều thuần điện dung, dòng điện vượt pha trước điện áp một
góc 900 hay π/2.
5.2. Quan hệ dịng điện và điện áp.

Biểu thức dịng và áp có dạng như sau
i = I m sin (ωt + ϕ + 900)
u = U m sin (ωt + ϕ)
Đồ thị vectơ và hình sin vẽ trên hình 3.7

Hình 2.5. Đồ thị vectơ và đồ thị thời gian dòng và áp mạch thuần dung
* Định luật Ôm của nhánh thuần điện dung được phát biểu như sau: Trong
nhánh thuần điện dung, trị hiệu dụng dòng điện tỷ lệ với trị hiệu dụng điện áp đặt vào
nhánh và tỷ lệ nghịch với dung kháng của nhánh.

I=
XC =

U
XC

1
1
Dung kháng của mạch thuần dung, đơn vị là Ω
=
ωC 2πf .C

5.3. Công suất
Nhánh thuần dung không tiêu thụ năng lượng chỉ trao đổi năng lượng giữa
nguồn và điện trường.
Công suất tác dụng là cơng suất trung bình trong một chu kỳ bằng không.
Công suất phản kháng đặc trưng cho mức độ trao đổi công suất giữa nguồn và
điện trường.
Q C = U.I = I2X C = U2/X C

(VAr)

6. Mạch điện R-L-C nối tiếp.
Mạch xoay chiều không phân nhánh trong trường hợp tổng quát có cả ba thành
phần điện trở R, điện cảm L và điện dung C nối tiếp. Giả sử khi đặt vào điện áp xoay
chiều u, trong mạch sẽ có dịng điện:
i = I m sin ω t
Sụt áp trên các thành phần trở, kháng trong mạch:


U r = I.r
U L = I.X L
U C = I.X C
Điện áp đặt vào mạch bằng tổng ba điện áp thành phần:
u = ur + uL + uC

Hình 2.6. Đồ thị véc tơ điện áp mạch R – L – C mắc nối tiếp
Từ đồ thị vectơ ta có:
U = U R2 + U X2 = U R2 + (U L − U C ) 2

Về pha, điện áp lệch với dịng điện một góc ϕ .
tgϕ =

U X U L −UC X L − X C
=
=
UR
UR
R

Biểu thức hình sin của điện áp
u = U m .sin( ω t + ϕ ) = U. 2 .sin( ω t + ϕ )
- Nếu X L > X C thì U L > U C và ϕ > 0, tức điện áp vượt pha trước dòng điện, hay
dòng điện chậm sau điện áp, ta nói mạch có tính điện cảm.
- Nếu X L < X C thì U L < U C và ϕ < 0, tức điện áp chậm pha sau dòng điện, hay
dòng điện vượt pha trước điện áp, ta nói mạch có tính điện dung.
- Nếu X L = X C thì ϕ < 0, tức điện áp trùng pha với dòng điện. Nhánh R, L, C
lúc này có hiện tượng cộng hưởng nối tiếp, dịng điện trong mạch có trị số lớn nhất
I=

U
và trùng pha với điện áp.
R

Ngoài ra: U R = U. cos ϕ ; U X = U . sin ϕ
* Ta có:
U = U R2 + (U L − U C ) 2 = I R 2 + ( X L − X C ) 2


Lượng R 2 + ( X L − X C ) 2 được gọi là trở kháng toàn phần hay tổng trở của
mạch xoay chiều, ký hiệu Z.
Z = R2 + (X L − X C )2

Ta có biểu thức của định luật Ơm đối với mạch xoay chiều có R - L - C nối tiếp

I=

U
Z

Tam giác tổng trở như hình 2.7

Hình 2.7. Tam giác tổng trở
Từ đó:

R = Z. cos ϕ ; X = Z. sin ϕ

* Công suất trong mạch
Trong trường hợp tổng quát, mạch xoay chiều có hai loại cơng suất:
- Cơng suất tác dụng P là cơng suất tiêu thụ trung bình trên điện trở.
- Công suất phản kháng Q đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa nguồn với
các trường.
Nhưng cả hai loại này chưa đặc trưng cho khả năng làm việc của thiết bị điện.
Ta biết, mỗi thiết bị điện chỉ làm việc với một trị số giới hạn của dòng điện và điện áp.
Do đó người ta xây dựng một khái niệm công suất mới, đặc trưng cho khả năng chứa
công suất của thiết bị điện, gọi là công suất biểu kiến hay cơng suất tồn phần, ký
hiệu là S:
S = U.I = I2 .Z
Đơn vị đo của công suất biểu kiến S là Vônampe - VA; kilôVônampe - KVA;
và megaVônampe – MVA.
Ví dụ 2.1: Cho mạch điện hình 2.8 có: U = 127 V, R = 12 Ω ,
L = 160 mH, C = 127 µ F. Tính dịng điện và các thành phần điện áp, công suất, vẽ đồ
thị vectơ?
Giải:


Hình 2.8
- Thành phần trở kháng:
X L = ω.L = 2 π f.L = 2.3,14.50.160.10-3 = 50 Ω
XC =

1
1
1
=
=
= 25Ω
ω.C 2πf .C 2.3,14.50.127.10 −6

Z = R 2 + X 2 = 12 2 + 25 2 = 27,7Ω

- Dòng điện trong mạch:

I=

U 127
=
= 4,6A
Z 27,7

- Thành phần điện áp:
U R = I.R = 4,6.12 = 55,2 V
U L = I.X L = 4,6.50 = 230 V
U C = I.X C = 4,6.25 = 115 V
- Góc lệch pha giữa dịng và áp:
tgϕ =

X 25
=
= 2,08 → ϕ = 64 0 20 ' (điện áp vượt trước dịng điện)

R 12

- Cơng suất:
P = I2.R = 4,62.12 = 254 (W)
Q = I2.X = 4,62.25 = 529 (Var)
S = U.I = 127.4,6 = 584 (VA)


CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG II
Câu 1: Dịng điện xoay chiều hình Sin là gì? Biểu thức trị số tức thời, trị số hiệu
dụng? Ý nghĩa trị số hiệu dụng?
Câu 2: Giải các mạch điện xoay chiều sau đây:
a. R=3(Ω), L =

1
(H), i = 2.sin20 π t (A).
10π

R

L

i

Tính Z, U, viết biểu thức u, Viết biểu thức điện áp ở hai đầu cuộn dây u L , công
C
R
suất P.
b. R=3(Ω), C=
P.

1
(F), u = 10.sin4 πt (V).
16π

i

Tính Z, I? viết biểu thức i, viết biểu thức điện áp ở hai đầu tụ điện u C , cơng suất

Câu 3: Một bóng đèn loại 110V- 60W mắc nối tiếp với 1 cuộn dây có hệ số L=

1

(H ) ,
π
cuộn dây có điện trở R L =10(Ω). Đặt ở hai đầu cuộn dây một hiệu điện thế xoay chiều
U=220(V), f=50(Hz). Tính dịng điện qua mạch, viết biểu thức hiệu điện thế tức thời ở
hai đầu cuộn dây.


CHƯƠNG III: MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA
* Mục tiêu: Học xong chương này người học có khả năng:
- Trình bày được mạch điện xoay chiều 3 pha.
- Mô tả được cấu tạo và trình bày được nguyên lý làm việc của máy 3 pha.
- Đấu được các cuộn dây máy phát thành hình sao.
- Đấu nối phụ tải thành hình tam giác.
1. Hệ thống xoay chiều 3 pha.
1.1. Định nghĩa

Hệ thống mạch điện ba pha là tập hợp ba mạch điện một pha nối với nhau tạo

thành một hệ thống năng lượng điện từ chung. Trong đó, s.đ.đ ở mỗi mạch đều có
dạng hình sin, cùng tần số, lệch pha nhau một phần ba chu kỳ.
Mỗi mạch điện thành phần của hệ ba pha gọi là một pha. s.đ.đ. Ở mỗi pha gọi
là s.đ.đ pha. Hệ ba pha mà s.đ.đ các pha có biên độ bằng nhau gọi là hệ s.đ.đ ba pha
đối xứng hay cân bằng.
Hệ s.đ.đ ba pha do các máy phát điện ba pha tạo ra.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy 3 pha.
Máy phát điện ba pha cơ bản được cấu tạo như máy phát điện một pha, trong đó
Stato có các cuộn dây đặt lệch nhau trong khơng gian một góc nào đó, khi máy phát
làm việc (Roto quay) thì trong mỗi cuộn dây cảm ứng sinh ra s.đ.đ hình sin lệch pha
nhau một góc 1200 trong khơng gian giữa trục của các cuộn dây. Hệ ba pha dùng rất
tiện lợi khi biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều qua bộ chỉnh lưu.
Nguồn điện ba pha thường là máy phát điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha
tạo ra. Nó gồm Roto là một nam châm điện được từ hóa bằng dịng lấy từ nguồn kích
thích bên ngồi. Roto quay được là bởi động cơ sơ cấp (Động cơ điezen, Tuabin hơi,
Tuabin nước ... ) kéo và Stato có 3 cuộn dây: AX, BY, CZ giống hệt nhau nhưng đặt
lệch nhau trong khơng gian một góc 1200. Khi Roto quay thì trong mỗi dây quấn Stato
sẽ phát ra một s.đ.đ cảm ứng xoay chiều hình sin. Các s.đ.đ này hồn tồn giống nhau,
nhưng lệch pha nhau góc 1200 ứng với thời gian là 1/3 chu kỳ (T/3) ta có biểu thức các
s.đ.đ của máy phát điện 3 pha đối xứng:
e A(t ) = 2 E.Sinωt
e B (t ) = 2 E.Sin(ωt − 120 0 )

eC (t ) = 2 E.Sin(ωt − 240 0 )

Biểu diễn đồ thị thời gian và đồ thị vectơ như hình 4.1a,b.


a.

Hình 3.1

b.

1.3. Đấu các cuộn dây máy phát thành hình sao.
Để truyền tải năng lượng điện từ nguồn đến phụ tải cần phải có hai dây dẫn:
một dây “đi” và một dây “về”. Trong thực tế vì nguồn và tải thường rất xa nhau nên
dây dẫn có thể rất dài.
Nếu liên kết một số mạch hoàn toàn giống nhau, trong mỗi mạch đều có nguồn
và phụ tải và dịng điện biến thiên cùng tần số nhưng lần lượt lệch pha nhau thì tổng
các dịng trên dây “về” bằng khơng. Như vậy có thể bỏ đường dây “về” mà vẫn đảm
bảo cung cấp điện. Rõ ràng hệ thống này rất kinh tế. Mặt khác, hệ thống ba pha dễ
dàng tạo ra từ trường quay, làm cho việc chế tạo động cơ điện đơn giản và kinh tế hơn.
Vì vậy, hệ ba pha được dùng rất phổ biến trong công nghiệp và truyền tải điện.
2. Nội dung nối phụ tải hình sao.
Một máy phát điện ba pha có ba cuộn dây giống nhau đặt lệch nhau 1200 trong
không gian. Ba đầu đầu được ký hiệu là A, B, C, ba đầu cuối ký hiệu là X, Y, Z. Dây
dẫn nối các điểm đầu A, B, C gọi là dây pha. Nếu ba cuộn dây nối chung điểm cuối X,
Y, Z thì điểm chung đó gọi là điểm trung tính, dây dẫn nối điểm trung tính gọi là dây
trung tính. Mạch điện chỉ có ba dây pha gọi là mạch ba pha ba dây. Nếu mạch có cả
dây pha và dây trung tính thì gọi là mạch ba pha bốn dây.
- Dịng điện đi trong các cuộn dây pha gọi là dòng điện pha, ký hiệu I p .
- Dòng điện đi trong các dây dẫn (dây pha) gọi là dòng điện dây, ký hiệu I d .
- Điện áp ở hai đầu cuộn dây pha gọi là điện áp pha, ký hiệu U p .
- Điện áp giữa hai dây pha gọi là điện áp dây, ký hiệu U d .
2.1. Cách nối hình sao.
Cũng như máy phát điện, phụ tải ba pha có thể đấu thành hình sao có dây trung
tính hay khơng có dây trung tính. Giả sử điện áp ba pha đối xứng với trị số điện áp dây
là U d , thì ta có điện áp đặt vào mỗi pha phụ tải là:

Up =

Ud
3

Dòng điện đi trong các pha bằng dòng điện dây tương ứng:


i pA = i dA ; i pB = i dB ; i pC = i dC
Nếu trở không tác dụng của các pha là R A , R B , R C phản kháng là X A , X B , X C
thì dịng điện các pha là:
I pA =

U
=
ZA

U
R + X A2

I pB =

U
=
ZB

R + X B2

2
A

U
2
B

Hình 4.3: Nối phụ tải hình sao
Các dịng điện pha lệch với điện áp pha tương ứng một góc xác định theo các
biểu thức sau:

tgϕA =

xA
rA

tgϕB =

xB
rB

tgϕC =

xC
rC

Biểu thức hình sin của dòng điện ba pha là:
i A = I Am sin (ωt - ϕ A ) = I A

2 sin (ωt - ϕ A )

i B = I Bm sin (ωt - 1200 - ϕ B ) = I B

2 sin (ωt - 1200 - ϕ B )

i C = I Cm sin (ωt- 2400 - ϕ C ) = I C

2 sin (ωt - 2400 - ϕ C )

* Khi mạng ba pha cân bằng, từ đồ thị vectơ ta có:

I A + I B = −I C
Áp dụng định luật Kiếc hơp 1 cho điểm trung tính, ta có:


I 0 = I A + I B + I C = 0
Nghĩa là : trong mạch ba pha đấu sao đối xứng, dịng điện trong dây trung tính
bằng khơng. Vì thế đối với mạch phụ tải ba pha đối xứng như động cơ ba pha, lò điện
ba pha... người ta bỏ dây trung tính đi và ta có mạch ba pha ba dây.
•

•

•

•

* Nếu mạch ba pha khơng đối xứng thì I 0 = I A + I B + I C ≠ 0
Vì vậy: Ở mạch ba pha có tải khơng đối xứng, tức các mạch có phụ tải một pha
bao giờ cũng cần có dây trung tính.
2.2. Quan hệ giữa đại lượng và dây và pha.
Nối cuộn dây máy phát điện thành hình sao là đấu ba điểm cuối X, Y, Z thành

một điểm chung, ký hiệu là O (hình vẽ 4.2)
Trong sơ đồ đấu sao ta thấy dòng điện trong các cuộn dây pha cũng là dòng
điện đi trên dây pha tương ứng, nghĩa là dòng điện dây bằng dòng điện pha:
i pA = i dA
i pB = i dB
i pC = i dC

Hình 4.2. Vẽ đồ thị vectơ hệ điện áp ba pha đấu sao đối xứng.
Hay nói chung:
i d = i p và I d = I p
Ta có điện áp dây là điện áp giữa hai dây pha, nên:

U AB = ϕA − ϕB = (ϕA − ϕ0 ) − (ϕB − ϕ0 ) = U A − U B
U BC = U B − U C
Tương tự ta có: U CA = U C − U A
Từ hình vẽ hình 4.2 ta thấy :
- Về góc pha, điện áp dây vượt trước điện áp pha tương ứng một góc 300.


- Về trị số tam giác vng OHM có một góc nhọn là 300 nên:

3
OM
2
3
= 2OH = 2
OM = 3 OM
2

OH = OM cos 300 =

U d = U BC

Biết OM = UB = Up . từ đó:
Ud =

3 Up

Nghĩa là trong hệ điện áp ba pha đối xứng, trị số điện áp dây bằng
áp pha.

3 lần điện

3. Nối phụ tải thành hình tam giác.
3.1. Cách nối hình tam giác.
Khi đấu phụ tải theo hình tam giác, ta thấy điện áp đặt vào mỗi pha chính là
điện áp dây.
U p = Ud

Ip =

Up

tgϕ =

Z

=

Up
R2 + X 2

X
R

Nghĩa là dòng điện ba pha cũng đối xứng.

Hình 4.4: Nối phụ tải hinh tam giác


Hình 4.5: Đồ thị vectơ dịng điện dây và dịng điện pha
Từ đồ thị hình 4.5, ta xét tam giác OAH là tam giác vng có một góc nhọn
30 , nên:
0

OH = OA cos 30 0 =

3
OA
2

Biết OA = I AB = I p

OH = I A = I d
2

2

Suy ra:
OH = 2.

3
.I d = 3.I p
2

I d = 2.
Vậy ở mạch ba pha đấu tam giác, dòng điện dây chậm pha sau dịng điện pha
một góc là 300 và có trị số bằng 3 lần dịng điện pha.
3.2. Quan hệ giữa đại lượng và dây và pha.
Cuộn dây máy phát điện cũng như phụ tải ba pha đều có thể đấu theo hình tam
giác. Cách đấu như sau: điểm cuối X cuộn pha A đấu với đầu B cuộn pha B; cuối Y
cuộn pha B đấu với đầu C cuộn pha C; cuối Z cuộn pha C đấu với đầu A cuộn pha A.
Như vậy ba pha sẽ tạo thành một mạch vùng tam giác lớn, ba đỉnh tam giác nối với ba
dây dẫn gọi là ba dây pha.
4. Công suất mạch 3 pha.
4.1. Công suất tác dụng.
Trong mạch ba pha đối xứng, trị hiệu dụng dòng điện, điện áp và góc lệch pha ở
các pha như sau: