Giáo trình Kỹ thuật điện điện tử (Nghề Cơ điện tử Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI

TẠ VĂN BẰNG (Chủ biên)
BÙI VĂN CÔNG – TRƯƠNG VĂN HỢI

GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Nghề: Cơ điện tử
Trình độ: Cao đẳng
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội - Năm 2019


LỜI NĨI ĐẦU
Hiện nay, nhu cầu giáo trình dạy nghề để phục vụ cho các trường đào
tạo và dạy nghề trên phạm vi toàn quốc ngày một tăng, đặc biệt là những
giáo trình đảm bảo tính khoa học, hệ thống và phù hợp với điều kiện thực tế
công tác dạy nghề ở nước ta.
Giáo trình “Kỹ thuật điện – Điện tử ” được biên soạn theo kế hoạch đào
tạo và chương trình mơn học phù hợp với các trường dạy nghề hiện nay.
Giáo trình được biên soạn dựa trên cơ sở đúc rút kinh nghiệm của các
giáo trình “Kỹ thuật điện – Điện tử ” và kinh nghiệm nhiều năm giảng dạy
các mơn chun nghành điện. Ngồi ra khi biên soạn tác giả cũng đã tham
khảo một số tài liệu đang lưu hành, cho nên giáo trình này khơng đi sâu về
mặt lý luận mà chú ý đến tính tốn, ứng dụng kỹ thuật phục vụ các hoạt
động sản xuất và dạy học.
Mặc dù nhóm biên soạn đã cố gắng phát triển giáo trình sao cho phù
hợp và hiệu quả nhất với sinh viên cao đẳng nghề Cơ điện tử, nhưng chắc
chắn vẫn cịn nhiều thiếu sót.
Chúng tơi mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc và đồng

nghiệp để giáo trình hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày..... tháng....năm 2019
Chủ biên: Tạ Văn Bằng

1


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ........................................................................................... 1
MỤC LỤC ................................................................................................. 2
GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ..................................... 4
Chương 1 ................................................................................................ 7
Mạch điện và các phương pháp phân tích mạch .................................. 7
1.1. Mạch điện kết cấu và các đại lượng đặc trưng ............................... 7
1.2. Mơ hình mạch điện, các thơng số ................................................ 12
1.3. Các định luật về mạch điện ......................................................... 13
1.4. Dịng điện hình sin và các đại lượng đặc trưng ............................ 15
1.5. Tính chất của dịng điện hình sin ................................................. 25
1.6. Cơng suất của dịng điện hình sin và vấn đề nâng cao hệ số công
suất ........................................................................................................... 27
1.7. Các phương pháp giải mạch điện ................................................. 29
1.8. Thực hành kết nối, kiểm tra và tính tốn các thơng số của mạch
điện ........................................................................................................... 38
Chương 2 .............................................................................................. 41
Mạch điện xoay chiều ba pha .............................................................. 41
2.1. Hệ thống mạch điện ba pha ......................................................... 41
2.2. Cách nối mạch điện ba pha .......................................................... 42
2.3. Công suất mạch ba pha ................................................................ 43
2.4. Thực hành kết nối và tính tốn các thơng số của mạch ba pha

đấu sao và đấu tam giác ........................................................................... 44

Chương 3 .............................................................................................. 45
Máy điện .............................................................................................. 45
3.1. Định nghĩa và phân loại máy điện ............................................... 45
3.2. Máy biến áp ................................................................................ 46
3.3. Máy điện đồng bộ ....................................................................... 51
3.4. Máy điện một chiều ..................................................................... 60
2


Chương 4 .............................................................................................. 69
Kỹ thuật điện tử ................................................................................... 69
4.1. Đại cương về chất bán dẫn .......................................................... 69
4.2. Điot bán dẫn và các mạch ứng dụng ............................................ 70
4.3. Tranzistor và các mạch ứng dụng ................................................ 77
4.4. Khuyếch đại ................................................................................ 84
4.5. Phần tử nhiều mặt ghép P – N ..................................................... 87
Tài liệu tham khảo ............................................................................... 89

3


GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Tên mơn học: Kỹ thuật điện – điện tử
Mã số môn học: MH 16
Thời gian của môn học: 60 giờ ( LT: 28 giờ ; TH: 29 giờ; KT: 3 giờ )
I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí :
Là mơn học kỹ thật cơ sở. Mơn học được bố trí dạy trước hoặc song

song so với môn học chuyên môn, nhằm hỗ trợ cho các mơn chun mơn.
- Tính chất :
Là mơn học bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử.
II. Mục tiêu của môn học:
- Kiến thức:
+ Mơ tả được mạch điện và mơ hình mạch điện với các thông số đặc
trưng của các phần tử mạch
+ Hiểu và vận dụng được các phương pháp thích hợp để giải các bài
toán kỹ thuật điện
- Kỹ năng:
+ Tính tốn được hệ thống dịng ba pha

+ Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy điện

+ Phân tích đúng nguyên lý các mạch điện tử cơ bản

+ Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc
+ Chủ động và sáng tạo trong học tập.

4


III. Nội dung môn học:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian
Tên chương,mục

Thời gian
Thực
hành/
Tổng

số

TT

1

Chương 1:Mạch điện và các 16
phương pháp phân tích mạch

Lý
thuyết

Thực
tập/thí
nhiệm/bài
tập/thảo
luận

11

4

5

4

5

4

Kiểm
tra

1

1.1. Mạch điện,kết cấu và các đại
lượng đặc trưng
1.2. Mơ hình mạch điện, các
thơng số
1.3. Các định luật về mạch điện
1.4. Dịng điện hình sin và các
đại lượng đặc trưng
1.5. Tính chất của dịng hình sin
1.6. Cơng suất của dịng hình sin
và vấn đề nâng cao hệ số công
1.7. Các phương pháp giải mạch
điện
1.8. Thực hành kết nối, kiểm tra
và tính tốn các thơng số của
2

Chương 2: Mạch điện xoay chiều 9
ba pha
2.1. Hệ thống mạch điện ba pha
2.2. Cách nối mạch điện ba pha
2.3. Công suất mạch ba pha
2.4. Thực hành kết nối và tính
tốn các thông số của mạch ba
pha đấu sao và đấu tam giác

3

Chương 3: Máy điện

10
5

1


3.1. Định nghĩa và phân loại máy
điện
3.2. Máy biến áp
3.3. Máy điện không đồng bộ
3.4. Máy điện một chiều
4

Chương 4: Kỹ thuật điện tử

25

7

17

1

60

28

29

3

4.1. Đại cương về chất bán dẫn
4.2. Diode bán dẫn và các mạch
ứng dụng
4.3. Tranzitor và các mạch ứng
dụng
4.4.Khuếch đại
4.5. Phần tử nhiều mặt ghép P –
N
Kiểm tra
Cộng

6


Chương 1
Mạch điện và các phương pháp phân tích mạch
Mục tiêu
- Mơ tả được mạch điện và mơ hình mạch điện với các thông số đặc
trưng của các phần tử mạch
- Trình bày được các định luật về mạch điện, từ đó biết áp dụng vào
các bài tốn mạch.
- Trình bày được khái niệm dịng hình sin và tính chất của dịng hình sin
- Hiểu và giải quyết được vấn đề nâng cao hệ số công suất
- Vận dụng được các phương pháp khi giải mạch điện
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các máy điện

- Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc
1.1. Mạch điện kết cấu và các đại lượng đặc trưng
Để đặc trưng cho quá trình năng lượng cho Một nhánh hoặc Một phần
tử của Mạch điện ta dùng hai đại lượng: dòng điện i và điện áp u.
Công suất của nhánh: p = u.i
1.1.1. Dòng điện
Dòng điện i về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua
tiết diện ngang Một vật dẫn: i = dq/d

Hình 1.1 dịng điện

Chiều dịng điện quy ước là chiều chuyển động của điện tích dương
trong điện trường.
1.1.2 Điện áp
Hiệu điện thế (hiệu thế) giữa hai điểm gọi là điện áp. Điện áp giữa hai
điểm A và B:
uAB = u A-

uB

7


Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có
điện thế thấp.
Chiều dương dịng điện và điện áp

Hình 1.2 điện áp

Khi giải Mạch điện, ta tùy ý vẽ chiều dòng điện và điện áp trong các

nhánh gọi là chiều dương. Kết quả tính tốn nếu có trị số dương, chiều dịng
điện (điện áp) trong nhánh ấy trùng với chiều đã vẽ, ngược lại, nếu dịng
điện (điện áp) có trị số âm, chiều của chúng ngược với chiều đã vẽ.
1.1.3 Công suất
Trong Mạch điện, Một nhánh, Một phần tử có thể nhận năng lượng
hoặc phát năng lượng.
p = u.i > 0 nhánh nhận năng lượng
p = u.i < 0 nhánh phát nănglượng
Đơn vị đo của cơng suất là W (t) hoặc KW
MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN, CÁC THÔNG SỐ
Mạch điện thực bao gồm nhiều thiết bị điện có thực. Khi nghiên cứu
tính tốn trên mạch điện thực, ta phải thay thế mạch điện thực bằng mô hình mạch điện.
Mơ hình mạch điện gồm các thơng số sau: nguồn điện áp u (t) hoặc
e(t), nguồn dòng điện P (t), điện trở R, điện cảm L, điện dung C, hỗ cảm M.
NGUỒN ĐIỆN ÁP VÀ NGUỒN DÒNG ĐIỆN
Nguồn điện áp
Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì Một điện áp
trên hai cực của nguồn.

8


Hình 1.3.Nguồn điện áp

Nguồn điện áp cịn được biểu diễn bằng Một sức điện động e(t)
Chiều e (t) từ điểm điện thế thấp đến điểm điện thế cao. Chiều điện áp
theo quy ước từ điểm có điện thế cao đến điểm điện thế thấp:
u(t) = - e(t)
Nguồn dòng điện
Nguồn dòng điện P (t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên

và duy trì Một dịng điện cung cấp cho Mạch ngồi

Hình 1.4 nguồn dịng điện

ĐIỆN TRỞ R
Điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi điện
năng sang dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng v…v.
Quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên điện trở : u R =R.i
Đơn vị của điện trở là W (ƠM)
Cơng suất điện trở tiêu thụ: p = Ri 2

Hình 1.5 điện trở

Điện dẫn G: G = 1/R. Đơn vị điện dẫn là SiMen (S)
Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng thời gian t :

9


Khi i = const ta có A = R i 2 .t
ĐIỆN CẢM L
Khi có dịng điện i chạy trong cuộn dây W vịng sẽ sinh ra từ thơng
Móc vịng với cuộn dây

(hình 1.3.3)

Điện cảM của cuộc dây:

Đơn vị điện cảm là Henry (H).
Nếu dịng điện i biến thiên thì từ thông cũng biến thiên và theo định

luật cảm ứng điện từ trong cuộn dây xuất hiện sức điện động tự cảm:

Quan hệ giữa dịng điện và điện áp:

Hình 1.6 cảm ứng từ

Công suất tức thời trên cuộn dây:
Năng lượng từ trường của cuộn dây:

Điện cảm L đặc trưng cho q trình trao đổi và tích lũy năng lượng từ
trường của cuộn dây.
10


ĐIỆN DUNG C
Khi đặt điện áp u c hai đầu tụ điện (hình 1.3.4), sẽ có điện tích q tích lũy
trên bản tụ điện.:

Nếu điện áp u C biến thiên sẽ có dịng điện dịch chuyển qua tụ điện:

Ta có:

Hình 1.7 tụ điện

Công suất tức thời của tụ điện:

Năng lượng điện trường của tụ điện:

Điện dung C đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng điện trường
( phóng tích điện năng) trong tụ điện.

Đơn vị của điện dung là FI (FIara) hoặc MFI
MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN
Mơ hình Mạch điện còn được gọi là sơ đồ thay thế Mạch điện , trong
đó kết cấu hình học và q trình năng lượng giống như ở Mạch điện thực,
song các phần tử của Mạch điện thực đã được Mơ hình bằng các thơng số R,
L, C, M, u, e,P.
Mơ hình Mạch điện được sử dụng rất thuận lợi trong việc nghiên cứu
và tính tốn Mạch điện và thiết bị điện.
11


1.2. Mơ hình mạch điện, các thơng số
Để miêu tả các hiện tượng năng lượng trong một thiết bị điện ta dùng
sơ đồ điện. Sơ đồ điện gồm các phần tử e,j,r,L,C là những phần tử cụ thể
hóa những thơng số đặc trưng các hiện tượng năng lượng, ghép lại theo kết
cấu thiết bị điện. Như vậy sẽ miêu tả được hình dáng kết cấu và quá trình
năng lượng trong thiết bị điện.

Hình 1.8 các thơng số mạch điện

Một số khái niệm cơ bản:
– Nút: Điểm đấu nối của nhiều hơn 1 phần tử. Bậc của nút bằng số
phần tử đấu vào nút.
– Nhánh: Chuỗi liên tiếp các phần tử mắc nối tiếp (các nút trung gian
chỉ có bậc 2).
– Vịng: Một đường đi qua các nhánh và khép kín trong mạch điện
(xuất phát từ 1 điểm nút nào đó và quay lại chính điểm xuất phát).
– Dịng điện nhánh: Dòng điện chạy qua các phần tử của nhánh.
– Điện thế nút: Là điện áp giữa nút đó và một điểm “đất” nào đó chung
cho cả mạch điện. Thơng thường điểm “đất” cũng là một nút của mạch điện.

Chú ý:
– Chọn các chiều dòng điện nhánh: Ưu tiên các nhánh có nguồn thì
chiều dịng nhánh cùng chiều mũi tên nguồn, các nhánh còn lại tùy chọn.
– Chọn chiều điện áp:
Trên các nguồn: Ngược chiều mũi tên nguồn.
Trên các tải: Chọn chiều cùng chiều dòng nhánh.

12


1.3. Các định luật về mạch điện
Chương này đề cập đến hai định luật quan trọng làm cơ sở cho việc
phân giải mạch, đó là các định luật Kirchhoff.
Chúng ta cũng bàn đến một số định lý về mạch điện. Việc áp dụng các
định lý này giúp ta giải quyết nhanh một số bài toán đơn giản hoặc biến đổi
một mạch điện phức tạp thành một mạch đơn giản hơn, tạo thuận lợi cho
việc áp dụng các định luật Kirchhoff để giải mạch.
Trước hết, để đơn giản, chúng ta chỉ xét đến mạch gồm toàn điện
trở và các loại nguồn, gọi chung là mạch DC. Các phương trình diễn tả cho
loại mạch như vậy chỉ là các phương trình đại số (Đối với mạch có chứa L &
C, ta cần đến các phương trình vi tích phân)
Tuy nhiên, khi khảo sát và ứng dụng các định lý, chúng ta chỉ chú ý
đến cấu trúc của mạch mà không quan tâm đến bản chất của các thành phần,
do đó các kết quả trong chương này cũng áp dụng được cho các trường hợp
tổng quát hơn.
Trong các mạch DC, đáp ứng trong mạch ln ln có dạng giống như
kích thích, nên để đơn giản, ta dùng kích thích là các nguồn độc lập có giá
trị khơng đổi thay vì là các hàm theo thời gian.
1.3.1.Định luật Kirchhoff
Một mạch điện gồm hai hay nhiều phần tử nối với nhau, các phần tử

trong mạch tạo thành những nhánh. Giao điểm của hai hay nhiều nhánh
được gọi là nút. Thường người ta coi nút là giao điểm của 3 nhánh trở nên.
Xem mạch H 1.9

Hình 1.9. mạch điện

- Nếu xem mỗi phần tử trong mạch là một nhánh mạch này gồm 5
nhánh và 4 nút.
- Nếu xem nguồn hiệu thế nối tiếp với R 1 là một nhánh và 2 phần tử L
và R2 là một nhánh (trên các phần tử này có cùng dịng điện chạy qua) thì
mạch gồm 3 nhánh và 2 nút.
Cách sau thường được chọn vì giúp việc phân giải mạch đơn giản hơn.
13


Hai định luật cơ bản làm nền tảng cho việc phân giải mạch điện là:
Định luật Kirchhoff về dòng điện : ( Kirchhoff's Current Law, KCL )
Tổng đại số các dịng điện tại một nút bằng khơng .

ij là dịng điện trên các nhánh gặp nút j.
Với qui ước: Dòng điện rời khỏi nút có giá trị âm và dịng điện hướng
vào nút có giá trị dương (hay ngược lại).

Theo phát biểu trên, ta có phương trình ở nút A
i1 + i 2 - i 3 + i 4=0
Nếu ta qui ước dấu ngược lại ta cũng được cùng kết quả:
- i 1 - i 2 + i 3 - i 4 =0
Hoặc ta có thể viết lại:
i3= i1 + i2 + i4
Và từ phương trình ta có phát biểu khác của định luật KCL:

Tổng các dòng điện chạy vào một nút bằng tổng các dòng điện chạy ra
khỏi nút đó.
Định luật Kirchhoff về dịng điện là hệ quả của ngun lý bảo tồn điện tích:
Tại một nút điện tích khơng được sinh ra cũng khơng bị mất đi.
Dịng điện qua một điểm trong mạch chính là lượng điện tích đi qua
điểm đó trong một đơn vị thời gian và ngun lý bảo tồn điện tích cho rằng
lượng điện tích đi vào một nút ln ln bằng lượng điện tích đi ra khỏi nút
đó.
Định luật Kirchhoff về điện thế: ( Kirchhoff's Voltage Law, KVL ).
Tổng đại số hiệu thế của các nhánh theo một vịng kín bằng khơng
14


Để áp dụng định luật Kirchhoff về hiệu thế, ta chọn một chiều cho
vòng và dùng qui ước: Hiệu thế có dấu (+) khi đi theo vịng theo chiều giảm
của điện thế (tức gặp cực dương trước) và ngược lại.
Định luật Kirchhoff về hiệu thế viết cho vòng abcd của
- v1 + v 2 - v 3 = 0

Ta cũng có thể viết KVL cho mạch trên bằng cách chọn hiệu thế giữa 2
điểm và xác định hiệu thế đó theo một đường khác của vòng:
v1 = vba = vbc+ vca = v2 - v3
Định luật Kirchhoff về hiệu thế là hệ quả của ngun lý bảo tồn năng
lượng: Cơng trong một đường cong kín bằng khơng.
Vế trái của hệ thức chính là cơng trong dịch chuyển điện tích đơn vị
(+1) dọc theo một mạch kín.
1.4. Dịng điện hình sin và các đại lượng đặc trưng
Biểu thức của dòng điện, điện áp hình sin:

trong đó i, u : trị số tức thời của dòng điện, điện áp.

IMax, UMax : trị số cực đại (biên độ) của dòng điện, điện áp.
Pi, Pu : pha ban đầu của dịng điện, điện áp.
Góc lệch pha giữa các đại lượng là hiệu số pha đầu của chúng. Góc
lệch pha giữa điện áp và dịng điện thường kí hiệu là P:
P = Pu - Pi
P > 0 điện áp vượt trước dòng điện
P< 0 điện áp chậM pha so với dòng điện
15


P= 0 điện áp trùng pha với dòng điện
TRỊ SỐ HIỆU DỤNG CỦA DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN
Trị số hiệu dụng của dịng điện hình sin là dịng Một chiều I sao cho
khi chạy qua cùng Một điện trở R thì sẽ tạo ra cùng cơng suất.
Dịng điện hình sin chạy qua điện trở R, lượng điện năng W tiêu thụ
trong Một chu kỳT:

Cơng suất trung bình trong Một chu kỳ:

Với dịng điện Một chiều ta có cơng suất P = I 2 R.
Tacó :

Ta có:

Trong thực tế, giá trị đọc trên các cơ cấu đo dòng điện I, đo điện áp U,
đo cơng suất P của dịng điện hình sin là trị số hiệu dụng của chúng.
Các giá trị U, I, P ghi nhãn Mác của dụng cụ và thiết bị điện là trị số
hiệudụng.
BIỂU DIỄN DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG VÉCTƠ
Các đại lượng hình sin được biểu diễn bằng véctơ có độ lớn (Mơđun)

bằng trị số hiệu dụng và góc tạo với trục Ox bằng pha đầu của các đại lượng
(hìVéctơdịng điện
biểu diễn cho dịng điện:

và véctơ điện áp
biểu diễn cho điện áp:
16


Tổng hay hiệu của các hàM sin được biểu diễn bằng tổng hay hiệu các
véc tơ tương ứng.
Định luật Kiếchốp 1 dưới dạng véc tơ:

Định luật Kiếchốp 2 dưới dạng véc tơ:

Dựa vào cách biểu diễn các đại lượng và 2 định luật Kiếchốp bằng
véctơ, ta có thể giải Mạch điện trên đồ thị bằng phương pháp đồ thị véctơ.
BIỂU DIỄN DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC
Cách biểu diễn véc tơ gặp nhiều khó khăn khi giải Mạch điện phức tạp.
Khi giải Mạch điện hình sin ở chế độ xác lập Một công cụ rất hiệu quả
là biểu diễn các đại lượng hình sin bằng số phức
Kí hiệu của đại lượng phức
Số phức biểu diễn các đại lượng hình sin ký hiệu bằng các chữ in hoa,
có dấu chấm ở trên.
Số phức có 2 dạng:
Dạng số Mũ:

Dạng đại số:

Biến đổi dạng số phức dạng Mũ sang đại số:

Biến đổi số phức dạng đại số sang số Mũ: a+ Pb = C.eP P trongđó:

17


Một số phép tính đối với số phức
Cộng, trừ:
(a+Pb)- (c+Pd) = (a-c)+P(b-d)
Nhân, chia:
(a+Pb).(c+Pd) = ac + Pbc + Pad + P 2bd= (ac-bd) + P(bc+ad)

Nhân số phức với ±P

Tổng trở phức và tổng dẫn phức
Tổng trở phức kí hiệu là Z:

Z = R +PX
Mơ đun của tổng trở phức kí hiệu là z:
Tổng dẫn phức:

Định luật ÔM dạng phức:

Định luật Kiếchốp dạng phức
Định luật Kiếchốp 1 dưới dạng phức:

Định luật Kiếchốp 2 dưới dạng phức:
DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN ĐIỆN TRỞ
18

Khi có dịng điện i = I MaxsinWt qua điện trở R , điện áp trên điện trở:
uR = R.i =URMax sinWt, trongđó: U RMax = R.IMax
Ta có: UR =R.I hoặc I = U R/ R
Biểu diễn véctơ dòng điện I và điện áp U R
Dòng điện i = IMaxsinWt biểu diễn dưới dạng dòng điện phức:
Điện áp u R = UMaxsinWt biểu diễn dưới dạng điện áp phức:

Công suất tức thời của Mạch điện:
pR(t) = uRi = UR .I(1 – cos2Wt)
Ta thấy p R(t) > 0 tại Mọi thời điểM, điện trở R luôn tiêu thụ điện năng
của nguồn và biến đổi sang dạng năng lượng khác như quang năng và nhiệt
năng v.
Công suất tác dụng P là trị số trung bình của cơng suất tức thời
pR trong Một chu kỳ.

Ta có: P = U RI = RI2
Đơn vị của cơng suất tác dụng là W (ốt) hoặc KW
DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN ĐIỆN CẢM
Khi dịng điện i = I MaxsinWt qua điện cảM L (hình 2.6.a), điện áp trên
điện cảm:

L gọi là cảm kháng.
Biểu diễn véctơ dịng điện I và điện áp U L (hình 2.6.b)
Dịng điện i = I MaxsinWt biểu diễn dưới dạng dòng điện phức:
19


Điện áp u L = ULMax sin(Wt + p/2 ) biểu diễn dưới dạng điện áp phức:

Công suất tức thời của điện cảm: pL(t) = u L. i

= UL

I sin2Wt

Công suất tác dụng của nhánh thuần cảm:

Để biểu thị cường độ quá trình trao đổi năng lượng của điện cảm ta đưa
ra khái niệm công suất phản kháng Q L
Q L = U L I = X LI 2
Đơn vị cơng suất phản kháng là Var hoặc KVar
DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH THUẦN ĐIỆN DUNG
Đặt vào hai đầu tụ điện Một điện áp u C : uC = UCMax sin (Wt - p/2)
thì điện tích q trên tụ điện: q = C u C = C. UCMax sin (Wt - p/2)
Ta có iC = dq/dt = I CMax sinWt
trong đó:

XC= 1/(CW)

gọi là dung kháng

Đồ thị véctơ dịng điện I và điện áp U C
Biểu diễn điện áp u C = UCMax sin(Wt - p/2) dưới dạng điện áp phức:
Biểu diễn dòng điện i C = ICMax sinWt dưới dạng phức:

Ta có:
Kết luận:
Cơng suất tức thời của nhánh thuần dung: p C = u C iC = - UC IC sin 2Wt
20

Mạch thuần dung không tiêu tán năng lượng:

Công suất phản kháng

của điện dung: QC

= - UC .IC= - XCI2

DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG MẠCH R – L – C MẮC NỐI
TIẾP VÀ SONG SONG DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG NHÁNH R –
L – C NỐI TIẾP
Khi cho dòng điện i = I Max sinWt qua nhánh R – L – C nối tiếp sẽ gây
ra các điện áp u R , uL, u C trên các phần tử R , L, C.
Ta có : u = u R + u L+ uC hoặc
Biểu diễn véctơ điện áp U bằng phương pháp véctơ
Từ đồ thị véctơ ta có:

Trong đó:

z gọi là Mô đun tổng trở của nhánh R – L - C nối tiếp.
X = XL - XC; X là điện kháng của nhánh.
Điện áp lệch pha so với dòng điện Một góc P: tgP = X/R= (X L –XC)/R
Biểu diễn định luật ƠM dưới dạng phức:

Tổng trở phức của nhánh:
DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN TRONG MẠCH R – L – C SONG SONG
Cho Mạch điện gồM điện trở R, điện cảM L, tụ C Mắc song song
Áp dụng định luật Kiếchốp 1 tại nút A: i = i R + i L+ iC hoặc:

21


Biều diển véctơ I bằng phưong pháp véctơ (hình 2.8.2.b)
Trị số hiệu dụng I của dịng điện Mạch chính:

Hình 1.10

Mơ đun tổng trở z của tồn Mạch:

Dịng điện Mạch chính I lệch pha so với điện áp U Một góc P:

Định luật ÔM dưới dạng phức trong Mạch R, L,C song song
Áp dụng định luật Kiếchốp 1 dạng phức tại nút A:
22


Tổng trở phức của Mạch:

CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN HÌNH SIN
Đối với dịng điện xoay chiều có ba loại cơng suất
Cơng suất tác dụng P
Cho Mạch điện (hình 2.9) gồM các thông số R, L,C được đặt vào điện
áp u = UMax sin( Wt + P) và dòng điện i = I Max sinWt chạy qua Mạch .
Công suất tác dụng P:

Công suất tức thời p(t) = u.i = UI[ cosP - cos(2Wt + P)]
Ta có:

Cơng suất tác dụng P có thể được tính bằng tổng cơng suất tác dụng

trên các điện trở của các nhánh của Mạch điện:

Trong đó R k, Ik là điện trở, dòng điện trên nhánh thứ k.
Công suất tác dụng đặc trưng cho hiện tượng biến đổi điện năng sang
các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, cơ năng.v.v..
Công suất phản kháng Q
Để đặc trưng cho cường độ quá trình trao đổi năng lượng điện từ
trường, người ta đưa ra khái niệM công suất phản kháng Q.
Q = UIsinP
Cơng suất phản kháng có thể được tính bằng tổng cơng suất phản
kháng của điện cảm và điện dung của Mạch điện :
23


trong đó: X Lk, XCk, Ik ần lượt là cảm kháng, dung kháng và dịng điện
trên nhánh thứ k.
Cơng suất biểu kiến S

Cơng suất biểu kiến cịn được gọi là cơng suất tồn phần.
P, S, Q có cùng 1 thứ nguyên, nhưng đơnvị của P là W, của Q là VAR
và của S là VA.
NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSP
Ta có P = UIcosP ; cosP được gọi là hệ số công suất.
Nâng cao hệ số cosP của tải sẽ nâng cao khả năng sử dụng công suất
nguồn điện. Mặt khác nếu cần 1 công suất P nhất định trên đường dây 1 pha
thì dịng điện chạy trên đường dây:

Khi ta nâng hệ số cosP thì dịng điện dây I d sẽ giảM, dẫn đến giảM chi
phí đầu tư cho đường dây và tổn hao điện năng trên đườngdây .
Để nâng cao cosP ta dùng tụ điện nối song song với tải

Ta có phụ tải: Z = R +PX, khi chưa bù (chưa có nhánh tụ điện) dịng
điện trên đường dây I bằng dòng điện qua tải I 1, hệ số cơng suất cosP 1 = R/z
của tải.
Khi có bù (có nhánh tụ điện), dịng điện trên đường dây I:

Lúc chưa bù chỉ có cơng suất Q 1 của tải: Q1 = P tgP1
Lúc có bù, cơng suất phản kháng của Mạch : Q = PtgP
Công suất phản kháng của Mạch gồm Q1 của tải và Qc của tụ điện:
(*)
Mặt khác công suất phản kháng Q C của tụ:
(**)
24