Giáo trình điện kỹ thuật (nghề tự động hoá trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH

MƠN HỌC: ĐIỆN KỸ THUẬT
NGHỀ: TỰ ĐỘNG HĨA
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

Ban hành kèm theo Quyết định số:……/ QĐ-CĐCG-KT&KĐCL ngày …..
tháng….. năm
của Trường Cao đẳng Cơ giới.

Quảng Ngãi, năm

(Lưu hành nội bộ)

0


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.

1


LỜI MỞ ĐẦU

ĐIỆN KỸ THUẬT là một trong những môn học kỹ thuật cơ sở mang
tính đặc trưng cao thuộc nghề Tự động hóa cơng nghiệp. Mơn học này có ý
nghĩa quyết định đến kỹ năng cũng như kiến thức của người học. Sau khi học
tập mô đun này, người học có đủ kiến thức để học tập tiếp các mơ đun chun
ngành.
Giáo trình này được thiết kế theo mơn học thuộc hệ thống mô đun/ môn
học MH09 của chương trình đào tạo nghề TĐH cơng nghiệp để giảng dạy ở
cấp trình độ Trung cấp nghề. Ngồi ra, tài liệu cũng có thể được sử dụng cho
đào tạo ngắn hạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người
sử dụng nhân lực tham khảo. Môn học này được triển khai trước các môn học
Vẽ kỹ thuật, Máy điện, Điện cơ bản, Kỹ thuật điện tử…v.v. Công việc lắp đặt,
vận hành hay sửa chữa mạch điện trong máy công nghiệp là một trong những
yêu cầu bắt buộc đối với công nhân nghề TĐH công nghiệp. Việc học tập tốt
mơn học này giúp học sinh, sinh viên có điều kiện để tiếp thu nội dung các
kiến thức, kỹ năng chuyên môn phần điện của nghề tiếp theo.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong
nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hồn
thiện hơn.
Quảng Ngãi, ngày …… tháng……. năm
Tham gia biên soạn
1.Ngơ Thị Bích Tần
Chủ biên
2. ..............................

2


MỤC LỤC
NỘI DUNG
Lời mở đầu

Mục lục
Giáo trình mơn học
Chương 1: Mạch điện 1 chiều
1.Khái niệm về mạch điện một chiều
2.Mô hình mạch điện
3.Các định luật và các biểu thức cơ bản trong mạch điện một chiều
4.Các phương pháp giải mạch một chiều

TRANG
2
3
4
12
13
15
17
22

Chương 2: Từ trường và cảm ứng điện từ
1. Đại cương về từ trường
2. Từ trường của dòng điện
3. Các đại lượng đặc trưng của từ trường
4. Lực từ
5.Hiện tượng cảm ứng điện từ
6. Hiện tượng tự cảm và hỗ cảm

44
45
46
47

49
52
57

Chương 3: Dịng điện xoay chiều hình sin
1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều
2.Giải mạch điện xoay chiều không phân nhánh
3. Mạch xoay chiều 3 pha
4. Giải mạch xoay chiều phân nhánh
5. Ứng dụng của mạch điện xoay chiều trong công nghiệp

62
63
65
75
81
90

Chương 4: Mạch điện phi tuyến
1. Mạch điện phi tuyến
2. Mạch có dịng điện khơng sin
3. Mạch lọc điện
TÀI LIỆU THAM KHẢO

93
94
100
101
104

3


GIÁO TRÌNH MƠN HỌC

Tên mơn học: ĐIỆN KỸ THUẬT
Mã mơn học: MĐ09

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
- Vị trí: Là mơn học cơ sở cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về
điện để có thể tiếp thu nội dung các kiến thức chuyên môn phần điện trong
các môn học chuyên môn của chun ngành Tự động hóa CN.
- Tính chất: Là môn học kỹ thuật cơ sở.
- Ý nghĩa và vai trị: Điện kỹ thuật là mơn học cơ sở trong chương trình đào
tạo trình độ Trung cấp nghề Tự động hóa cơng nghiệp . Việc học tập tốt mơn
học này giúp học sinh, sinh viên có điều kiện để tiếp thu nội dung các kiến
thức, kỹ năng chuyên môn phần điện của nghề tiếp theo.
- Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Tự
động hóa CN
Mục tiêu của mơn học:
- Kiến thức:
A1.Trình bày được định luật cơ bản về điện học, ứng dụng trong kỹ
thuật điện.
A2.Trình bày được khái niệm cơ bản về điện áp, dòng điện một chiều,
xoay chiều, các định luật cơ bản trong mạch điện một chiều và xoay
chiều.
A3.Trình bày được các khái niệm cơ bản về từ trường, vật liệu từ, các
mối liên hệ giữa từ trường và các đại lượng điện, ứng dụng các
mạch từ trong kỹ thuật.
- Kỹ năng:

B1.Vận dụng được các biểu thức để tính tốn các thông số kỹ thuật
trong mạch điện một chiều, xoay chiều, mạch ba pha ở trạng thái
xác lập.
4


B2.Phân tích được sơ đồ mạch đơn giản, biến đổi được mạch phức tạp
thành các mạch điện đơn giản.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Rèn luyện được tính nghiêm túc, tỉ mỉ, và có tinh thần trách
nhiệm trong cơng việc.
1. Chương trình khung nghề Tự động hóa
Thời gian học tập (giờ)

Mã
MH/
MĐ

I

Số Tổn
tín
g
chỉ số

Tên mơ đun, mơn học

Các mơn học chung/đại cương
12

Trong đó
Thực
Lý
Kiểm
hành/ thực tập/thí
thuyết
tra
nghiệm/bài tập

25
5

94

148

13

MH 01 Chính trị

2

30

15

13

2

MH 02 Pháp luật

1

15

9

5

1

1

30

4

24

2

2

45

21

21

3

2

45

15

29

1

4

30

56

4

468

1088

112

185

214

36

21

6

3

MH 03 Giáo dục thể chất
Giáo dục quốc phòng và an
MH 04
ninh
MH 05 Tin học
MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn)
Các môn học, mô đun
II
chuyên môn ngành nghề
MH 07 Kỹ thuật an toàn lao động
Nguyên lý máy - chi tiết
MH 08
máy
MH 09 Điện kỹ thuật

2

90
16
68
43
5

30

3

45

31

10

4

2

30

21

7

2

MH 10 Vẽ kỹ thuật

2

30

15

13

2

MĐ 11 Máy điện

4

90

35

49

6

MĐ 12 Điện cơ bản

3

60

23

31

6

MĐ 13 Kỹ thuật điện tử cơ bản

3

60

13

43

4

II.1

77

Môn học, mô đun cơ sở

24

5


Thời gian học tập (giờ)

Mã
MH/
MĐ

Số Tổn
tín
g

chỉ số

Tên mơ đun, mơn học

Trong đó
Thực
Lý
Kiểm
hành/ thực tập/thí
thuyết
tra
nghiệm/bài tập

MĐ 14 AutoCAD

3

60

18

36

6

MĐ 15 Kỹ thuật nguội
Môn học, mô đun chuyên
II.2
môn
MĐ 16 Kỹ thuật số

2

8

19

3

53

283

874

76

3

30
12
33
75

20

49

6

MĐ 17 Kỹ thuật cảm biến

2

45

15

27

3

MĐ 18 Điện tử công suất

2

45

15

28

2

MĐ 19 PLC cơ bản

4

90

26

56

8

MĐ 20 PLC nâng cao

3

10

42

8

MĐ 21 Trang bị điện

5

28

84

8

MĐ 22 Thiết bị và hệ thống tự động

4

60
12
0
90

26

58

6

MĐ 23 Vi điều khiển
Gia cơng cơ khí trên máy
MĐ 24
cơng cụ
Điều khiển khí nén - thủy
MĐ 25
lực
Lắp đặt vận hành hệ thống
MĐ 26
cơ điện tử
Mạng truyền thông công
MĐ 27
nghiệp

4

90

26

57

7

4

75

24

48

3

4

90

30

55

5

4

90

23

61

6

4

75

25

46

4

MĐ 28 Thực tập tốt nghiệp

10

15

263

10

562

1236

125

Tổng cộng

89

6

28
8
19
23


2. Chương trình chi tiết mơn học
Thời gian(giờ)
Số
Tổng
Lý
Thực hành, thí Kiểm
Tên chương mục
TT
số
thuyết nghiệm, thảo
tra
luận, bài tập
1 Mạch điện một chiều
10
7
2
1

Khái niệm về mạch điện một
1
chiều.
Mơ hình mạch điện.
1
1
Các định luật và biểu thức cơ
2
bản trong mạch điện một
chiều.
Các phương pháp giải mạch
3
1
điện một chiều.
2 Từ trường và cảm ứng điện
5
4
1
từ
Đại cương về từ trường.
0.5
Từ trường của dòng điện.
0.5
Các đại lượng đặc trưng của
0.5
từ trường.
Lực từ.
0.5
Hiện tượng cảm ứng điện từ
1

Hiện tượng tự cảm và hỗ cảm
1
3 Dòng điện xoay chiều hình 10
7
2
1
sin
Khái niệm về dịng điện xoay
0.5
chiều
Giải mạch xoay chiều không
0.5
0,5
phân nhánh
Mạch xoay chiều 3 pha
1
0.5
Giải mạch xoay chiều phân
1
0.5
nhánh
Ứng dụng của mạch điện
4
0.5
xoay chiều trong công nghiệp
4 Mạch điện phi tuyến
5
3
2
Mạch điện phi tuyến

1
0,5
Mạch điện có dịng điện
1
0,5
khơng sin
Mạch lọc điện
1
1
Cộng
30
21
7
2
7


3. Điều kiện thực hiện mơn học:
3.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ....
3.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực
hành.
3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch điện trong
nhà máy, xí nghiệp công nghiệp.
4. Nội dung và phương pháp đánh giá:
4.1. Nội dung:
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học
cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
4.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
4.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hê ̣ chính quy ban hành kèm theo
Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao
động – Thương binh và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiêṇ quy chế đào tạo áp du ̣ng ta ̣i Trường Cao đẳ ng Cơ
giới như sau:

8


Điể m đánh giá

Trong
̣ số

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)

40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc môn học

60%

4.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp Phương pháp
đánh giá
tổ chức

Hình thức
kiểm tra

Chuẩn đầu ra
đánh giá

Thường
xuyên

Viết/
Tự luận/
A1, C1
Thuyết trình Trắc nghiệm/
Báo cáo
Định kỳ
Viết và
Tự luận/
A1,A2, B1,B2,
thực hành Trắc nghiệm/
C1
thực hành
Kết thúc môn
Vấn đáp và
Vấn đáp và A1, A2, A3, B1,
học

thực hành
thực hành
B2,C1
trên mơ
hình
4.2.3. Cách tính điểm

Số
cột
1

Thời
điểm
kiểm tra
Sau 5 giờ.

2

Sau 10
giờ

1

Sau 30
giờ

- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được
chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành
phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang

điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân.
5. Hướng dẫn thực hiện môn học
5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Tự động hóa Công
nghiệp
5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học
5.2.1. Đối với người dạy
9


* Lý thuyế t: Áp du ̣ng phương pháp da ̣y ho ̣c tích cực bao gờ m: Trình
chiếu, thuyết trình ngắ n, nêu vấn đề, hướng dẫn đo ̣c tài liêu,
̣ bài tập cụ thể,
câu hỏi thảo luận nhóm….
* Thực hành:
- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nô ̣i dung đề ra.
- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo
viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học.
- Sử dụng các mơ hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng
dụng các mạch điện 1 chiều và xoay chiều, các loại thiết bị điều khiển.
* Thảo luâ ̣n: Phân chia nhóm nhỏ thảo luâṇ theo nô ̣i dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành
viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo u cầu nội dung trong bài học, cả
nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như
sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo
sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang
web, thư viện, tài liệu...)
- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả
- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng

>30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa
làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ
được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người
học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã
phân cơng để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của
nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
10


- Tham dự thi kết thúc mô đun.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
6. Tài liệu tham khảo:
[1] Điện kỹ thuật . Nguyễn Viết Hải - Nhà xuất bản lao động Xã
Hội – Hà Nội – Năm 2004.
[2] Cơ sở kỹ thuật điện. Hoàng Hữu Thận. Nhà xuất bản kỹ thuật
Hà Nội – Năm 1980.
[3] Giáo trình kỹ thuật điện. Vụ trung học chuyên nghiệp và dạy
nghề - Nhà xuất bản Giáo Dục –Năm 2005.
[4] Mạch điện 1 . Phạm Thị Cư (chủ biên) - Nhà Xuất bản Giáo dục
- 1996.
[5] Cơ sở lý thuyết mạch điện . Nguyễn Bình Thành - Đại học Bách
khoa Hà Nội - 1980.
[6] Kỹ thuật điện đại cương . Hoàng Hữu Thận - Nhà Xuất bản Đại
học và Trung học chyên nghiệp - Hà Nội - 1976.
[7] Bài tập Kỹ thuật điện đại cương . Hoàng Hữu Thận - Nhà Xuất
bản Đại học và Trung học chyên nghiệp - Hà Nội - 1980.

11

Chương 1: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
Mã chương: MH09-01

Giới thiệu:
Khái niệm và định nghĩa về dòng điện và mạch điện là những khái
niệm, định nghĩa cơ bản nhất trong ngành điện. Để tìm hiểu về các khái niệm,
định nghĩa trong ngành điện, trước tiên cần phải hiểu rõ khái niệm dòng điện,
bản chất dòng điện, các tác dụng của dòng điện và các định nghĩa về mạch
điện. Bài học này giới thiệu các nội dung cơ bản nhất về dòng điện và mạch
điện.
Mục tiêu:
-Trình bày được khái niệm về dịng điện một chiều, khái niệm về mạch điện.
-Phân tích được nhiệm vụ, vai trò của các phần tử cấu thành mạch điện như:
nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lường.
-Giải thích được cách xây dựng mơ hình mạch điện, các phần tử chính trong
mạch điện.
-Phát biểu được các định luật cơ bản trong mạch điện một chiều, các phương
pháp giải bài tốn mạch điện một chiều.
-Có khả năng học tập độc lập, chuyên cần trong công việc.
Phương pháp giảng dạy và học tập chương 1
- Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực
(diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ những
kiến thức cơ bản về mạch điện 1 chiều
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học
Điều kiện thực hiện bài học
- Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học chun mơn
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình,

tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
12


- Các điều kiện khác: Khơng có
Kiểm tra và đánh giá bài học
- Nội dung:


Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong

mục tiêu kiến thức


Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ

năng.


Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người

học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
- Phương pháp:


Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi

miệng)


Kiểm tra định kỳ lý thuyết:: 1 điểm kiểm tra (hình thức: lý thuyết)



Kiểm tra định kỳ thực hành: khơng có

Nội dung chính:
1. Khái niệm về mạch điện một chiều
1.1. Dịng điện và dòng điện một chiều
1.1.1.Định nghĩa dòng điện
Khi đặt vật dẫn trong điện trường (điện trường là khoảng không gian
bao quanh một điện tích mà ở đó có lực tác dụng của lực điện tích lên các
điện tích khác) dưới tác dụng của lực điện trường các điện tích dương sẽ di
chuyển từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp hơn, cịn các điện tích
âm thì di chuyển ngược lại tạo thành dịng điện.

13


Vậy: Dịng điện là dịng các điện tích chuyển dời có hướng dưới tác
dụng của lực điện trường.
1.1.2.Định nghĩa dịng điện 1 chiều
Dịng điện một chiều: Là dịng điện có chiều và cả độ lớn không thay
đổi theo thời gian. Như dòng điện từ pin và acquy hoặc dòng từ máy điện một
chiều. Để đo cường độ dòng điện ta dùng Ampe kế một chiều.
1.2. Chiều qui ước của dòng điện

Quy ước: Chiều dòng điện là chiều di chuyển của các điện tích dương
(đó cũng là chiều của điện trường)
1.3. Cường độ và mật độ dòng điện
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 dòng 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).
14


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 dịng điện có chu kỳ thì quan trọng nhất là dịng điện xoay chiều
hình sin.
1.3.2. Mật độ dịng điện
Khi cường độ dịng 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 dòng điện sẽ là lớn và ngược lại.
Ví dụ 1.1: dây dẫn có tiết diện 95mm2 dịng điện I= 200A qua. Tính
mật độ dòng điện.
Giải: Mật độ dòng điện là:  

I 200

 2,05 (A/mm2 )
95
S

2. Mơ hình mạch điện
2.1. Mạch điện
Mạch điện: Mạch điện là tập hợp bao gồm các thiết bị điện nối với
nhau bằng các dây dẫn tạo thành mạch kín để dịng điện chạy qua.
15


Các phần tử của mạch điện bao gồm: nguồn, dây dẫn, tải. Ngồi ra cịn có các
phần tử đóng cắt, bảo vệ và điều khiển.
Ví dụ mạch điện đơn giản:
CCc

K
Đ

U

H1.1. Mơ hình mơ tả mạch điện đơn giản
2.2. Các phần tử cấu thành mạch điện
Nguồn điện: Là thiết bị sản sinh ra điện năng. Về nguyên lý nguồn
điện là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng khác nhau thành năng lượng
điện.
Trên sơ đồ mạch điện thì nguồn điện được biểu thị bằng một suất điện
động và một điện trở trong r0 .
-

+

F

F

H1.2. Sơ đồ thay thế nguồn điện

Dây dẫn: Dây dẫn dùng đễ truyền tải năng lượng từ nguồn đến tải, trến
sơ đồ mạch điện. nó được biểu thi như sau:

H1.3. Kí hiệu dây dẫn

Tải (hộ tiêu thụ): Tải là thiết bị tiêu thụ điện năng, nó có tác dụng biến đổi
năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác như: nhiệt, quang, cơ, ...

16

R

R

C
H1.4. Kí hiệu phụ tải

L

 Các thiết bị đóng- cắt: Cơng tắc, cầu dao, aphương trìnhơmát, máy cắt,
...
 Các thiết bị bảo vệ: Cầu chì, aphương trìnhơmát, rơle, ...
 Các thiết bị đo lường: Đồng hồ Ampe kế, Vôn kê, cơng tơ, ...
Kết cấu hình học của mạch điện
Mạch điện được biểu diễn bằng các ký hiệu hình học, các ký hiệu được
biểu diễn thành một hệ thống gọi là sơ đồ mạch điện và được kết cấu bởi các
yếu tố theo qui ước, định nghĩa sau:
Nhánh: Là một đoạn mạch, gồm các phần tử nối nối tiếp nhau mà trong đó
chỉ có một dịng điện chạy qua.
Nút: Là điểm gặp nhau của từ 3 nhánh trử lên. Mạch điện khơng có nút được
gọi là mạch điện khơng phân nhánh.
Vịng: Vịng là lối đi khép kín thơng qua các nhánh.
Một mạch điện phức tạp có nhiều nhánh, nhiều nguồn và nhiều nút.
3. Các định luật và các biểu thức cơ bản trong mạch điện một chiều
3.1. Định luật Ohm
Định luật Ohm do nhà bác học G.Ohm người Đức tìm ra bằng thực
nghiệm ở nửa đầu thế kỷ 19, là một trong những định luật cơ bản của mạch
điện.
Với đoạn mạch.

I

U
R

I: Cường độ dòng điện (A)
U: Điện áp (V)
17


R: Điện trở ()
Với toàn mạch:
I

E
R

E: Sức điện động (V)

Định luật Ohm nêu mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp ở mạch điện
không phân nhánh. Đối với mạch điện phân nhánh, quan hệ giữa các dòng
điện và điện áp sẽ phức tạp hơn rất nhiều.
3.2. Công suất và điện năng trong mạch điện một chiều
3.2.1. Cơng của dịng điện
Cơng của dịng điện là lượng điện năng một đoạn mạch tiêu thụ khi
trong mạnh có dịng điện chạy qua và chuyển hóa thành nhiều dạng năng
lượng khác.
Cơng của dịng điện đo bằng cơng của dịng điện thực hiện khi di chuyển bố
trí theo hướng các điện tích.
Cơng thức tính Cơng của dịng điện

– Cơng thức tính cơng:
I

– Trong đó:


A: Công (J)



P: Công suất (W)



U: Hiệu điện thế (V)



I: Cường độ dịng điện (A)
t: Thời gian sinh cơng(s)

A

r0
R
E

B

Hình 1.9. Nguồn điện nối với tải.

– Cơng của dịng điện đo bằng đơn vị Jun (J):
Đổi đơn vị:
1J = 1W.1s = 1V.1A.1s; 1kW.h = 1000W.3600s = 3600000J = 3,6.10 6J

18


4.2. Cơng suất của dịng điện
Nối nguồn điện F có sức điện động E và điện trở trong r0 với một tải
điện trở. Dưới tác dụng của lực trường ngoài của nguồn điện, các điện tích
liên tục chuyển động qua nguồn và mạch ngồi tạo thành dịng điện I. Cơng
của trường ngồi cũng là cơng của nguồn để di chuyển một điện tích q qua
nguồn là:
Af =E.q mà q=I.t thay vào ta có Af =E.I.t
Theo định luật bảo tồn năng lượng thì cơng của nguồn sẽ biến đổi
thành các dạng năng lượng khác ở phần tử của mạch, cụ thể là ở tải R và ở
chính điện trở trong r0 của nguồn.
Gọi điện áp trên tải (giữa hai cực AB) là U = VA - VB năng lượng do điện
tích q thực hiện khi qua đoạn mạch AB sẽ là: A=U.q=U.I.t
Còn một phần năng lượng sẽ tiêu tán bên trong nguồn dưới dạng nhiệt:
∆A0 = Af – A=(E-U)It=∆U0 It
Hiệu giữa sức điện động với điện áp trên hai cực của nó gọi là sụt áp
bên trong nguồn, ký hiệu ∆U0 = E-U
Từ đó ta có phương trình cân bằng sức điện động trong mạch: E=U+∆U 0
Vậy sức điện động của nguồn bằng tổng điện áp trên hai cực nguồn với
sụt áp bên trong nguồn.
Sụt áp trong nguồn, theo định luật Ôm, tỷ lệ với dòng điện qua nguồn:
∆U0 =r0 I
ở đây hệ số tỷ lệ r0 chính là điện trở trong của nguồn.

Khi nguồn hở mạch I=0 thì ∆U0=0 từ đó E=U, sức điện động nguồn
bằng điện áp trên hai cực nguồn kkhi hở mạch. Vì thế có thể đo sức điện động
bằng vôn-mét mắc vào hai cực nguồn đang hở mạch (không tải).
Tỷ số giữa công A và thời gian thực hiện t gọi là công suất P:

19


Như vậy công suất là tốc độ thực hiện công theo thời gian. Vì cơng đặc
trưng cho sự biến đổi năng lượng nên công suất là tốc độ biến đổi năng lượng
theo thời gian.
Nếu công thực hiện không đều theo thời gian thì tốc độ thực hiện cơng
(tức cơng suất) xác định như sau:
Xét trong thời gian vô cùng bé ∆t cơng thực hiện là ∆A thì:

Từ các định nghĩa trên ta có:
Cơng suất nguồn (gọi là cơng suất phát):
Cơng suất tải:
Cơng suất tổn hao trong nguồn:
Ta có phương trình cân bằng cơng suất (định luật bảo tồn năng lượng)
trong mạch điện: Pf = P + ∆P0
Trong hệ đơn vị SI, E và U tính ra vơn (V), I tính ra ampe (A), t tính ra
giây (s) thì đơn vị cơng là jun (J) và cơng suất ốt (W)
1W=

=1 vơn

1J=1W

1 ampe = 1VA

s=1V

As = 1VC

Oát là công suất của hệ thực hiện công một jun trong thời gian một giây. Đối
với mạch điện, ốt là cơng suất của dịng điện một ampe thực hiện trên một
đoạn mạch có điện áp một vơn.
Bội số của W là hW(hecto ốt), kW(kilo ốt), MW (mêga ốt) cịn ước số là
mW(mili ốt).
1hW=102 W; 1kW=103 W; 1MW=103 kW = 106 W;
1mW=10-3 W;

20


3.3. Định luật Joule – lenz
Nhiệt năng toả ra trên một vật dẫn tỷ lệ thuận với điện trở của vật dẫn,
với bình phương cường độ dịng điện trong mạch và với thời gian dịng điện
đó chạy qua.
Q = R.I2. t , (J) = 0,24 R.I2. t (Cal).
Ví dụ :

Giải cho các mạch trên với thời gian 30s:

Q1 = 20x 112x 30 = 72600 (J).
Q2 = (15+5)x 5,52x 30 = 18150 (J)
3.4. Định luật Faraday
- Định luật cảm ứng Faraday là định luật cơ bản trong điện từ, cho biết
từ trường tương tác với một mạch điện để tạo ra sức điện động một hiện

tượng gọi là cảm ứng điện từ. Đó là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến
áp, cuộn cảm, các loại động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện.
- Phát biểu định luật: khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỷ lệ
với điện lượng đi qua dung dịch và tương đương với lượng của chất
Cơng thức định luật Faraday

Trong đó:
m Khối lượng chất giải phóng ở điện cực
A khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực
n số electron trong mà nguyên tử hoặc ion để cho nhận
I cường độ dòng điện
t thời gian điện phân
F hàng số Faraday là điện tích của một mol electron hay điện lượng cần thiết
để một mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc anot
3.5. Hiện tượng nhiệt điện
21


- Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện
trong một mạch điện kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ hai mối hàn ở hai
nhiệt độ khác nhau.
- Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện dịng điện khi có sự chênh
nhiệt nhiệt độ giữa hai đầu dây dẫn.
- Là hiêṇ tươ ̣ng sản sinh ra suất điện động nhiệt điện trong một mạch điện kín
khi giữa hai đầu vật kim loại hoặc hợp kim có sự chênh lệch về nhiệt độ. Hiểu
một cách đơn giản hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng một dịng điện được
sinh ra trong mạch kín, khi có sự chênh lệch về nhiệt độ giữa hai đầu dây
dẫn.

4. Các phương pháp giải mạch một chiều

4.1. Phương pháp biến đổi điện trở
4.1.1. Điện trở mắc nối tiếp.
Mắc nối tiếp các điện trở là mắc đầu điện trở này với cuối điện trở kia,
sao cho chỉ có duy nhất một dịng điện đi qua các điện trở.
Ta có:

R1

R2

Rn

I1 = I2 = ... = In = I
U = U1 + U2 + ... + Un

Rtd

Rtd =R1 + R2 + ... + RN
Nếu R1 = R2 = ... = RN = R thì Rtd =n.R
Hình 1.12. Các điện trở mắc nối tiếp.
22


4.1.2. Điện trở mắc song song.
Mắc các điện trở là mắc đầu các điện trở vối nhau, cuối các điện trở với
nhau, sao cho các điện trở được đặt vào cùng một điện áp.
Ta có:

U1 = U2 = ... = Un = U

R1

R2

Rn

Rtd

I = I1 + I2 + ... + In
1
1
1
1


 ... 
Rtd R1 R2
Rn

Nếu R1 = R2 = ... = RN = R thì Rtd 

R
n

Hình 1.13. Các điện trở mắc song song.
4.2. Phương pháp xếp chồng dòng điện
Một nguồn áp ghép nối tiếp với một điện trở sẽ tương đương với
một nguồn dòng ghép song song với một điện trở đó và ngược lại.
i

R

i

a

a

U

U

e

i1
R

j

b

b

Hình 1.15. Biến đổi nguồn tương đương.
a) u=e- i.R (1)

b) j = i + i1 với i1 

U
 U= Rj - Ri (2)

R

So sánh (1) và (2) ta thấy 2 mạch sẽ tương đương nếu e = Rj  j 

23

e
R


Ví dụ 1.2
Tính dịng điện I chạy qua nguồn của mạch cầu hình 1.16 , biết
R1 = 12, R3 = R2 = 6, R4 = 21, R0 = 18, E = 240V, Rn = 2
Giải:

Hình 1.17. Biến đổi   Y

Hình 1.16. Mạch điện ví dụ.

Biến đổi tam giác ABC (R1, R2, R0) thành sao RA, RB, RC (hình 1.17)
RA =

R1 R2
12.6
 2

R1  R2  R0 12  6  18

RB =

R1 R2
12.18
 6

R1  R2  R0 12  18  6

RC =

R0 R2
18.6

 3
R1  R2  R0 12  18  6

Điện trở tương đương ROD của 2 nhánh song song:
ROD =

( RB  R3 ).( RC  R4 ) (6  6).(3  21)

 8
6  6  3  21
RB  R3  RC  R4

Điện trở tương đương toàn mạch:

Rtđ = Rn + RA + ROD = 2+2+8 = 12

4.3. Phương pháp áp dụng định luật Kirchooff
4.3.1. Định luật Kiếc khốp
a. Định luật Kirchooff 1. (Định luật Kirchooff 1 phát biểu cho một nút)

Định luật Kirchooff 1 nói lên tích chất liên tục của dịng điện, trong một
nút khơng có hiện tượng tích luỹ điện tích có bao nhiêu dịng điện tới nút thì
có bấy nhiêu dịng điện rời khỏi nút.
Ta có nhận xét là dịng điện trong một nhánh có trị số khơng đổi ở tất
cả các tiết diện của nó. Ta nói rằng dịng điện có tính chất liên tục.
24