Bài giảng điện gia dụng chương 1 đh SPKT TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

Chương 01
1.1.Những khái niệm cơ
bản về mạch điện một
chiều
1.Nguồn điện một chiều
a.Pin, acquy

b.Pin mặt trời
c.Máy phát điện một chiều

Một số các loại nguồn điện một chiều như sau:
Biến đổi hóa năng thành cơ năng.
- Để tăng điện áp chúng ta mắc nối tiếp các pin lại với nhau:
- Để tăng dòng điện chúng ta mắc song song các pin lại với nhau:
Pin mặt trời làm việc dựa vào hiệu ứng quang điện, biến đổi trực tiếp quang năng thành
điện năng.
Máy phát điện một chiều biến đổi cơ năng đưa vào trục của máy thành điện năng lấy ra ở
các cực của dây quấn.
Bộ nguồn điện tử công suất không tạo ra điện áp mà chỉ biến đổi điện áp xoay chiều (lấy
từ lưới điện) thành điện áp một chiều lấy ra ở 2 cực.
Phụ tải là các thiết bò điện tiêu thụ điện năng để biến đổi thành các dạng năng lượng khác
như cơ năng (động cơ điện), nhiệt năng (bàn là điện, bếp điện), quang năng (bòng đèn
điện),…
Mạch điện là tập hợp các thiết bò điện (nguồn, tải, dây dẫn) nối với nhau trong đó dòng
điện có thể chạy qua.
Dây dẫn

Th

d.Bộ nguồn điện tử công
suất
2.Phụ tải

NỘI DUNG
MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU
Dòng điện một chiều có trò số và chiều không đổi theo thời gian.

ai

:

n

3.Mạch điện

ye
n

A

MF

ĐC

Đ

a

2

gu

1

Va

Chương 01

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

b

3

N

c

B

Co

m

pi

le

d

by

Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh, nhiều mạch vòng và nhiều nút.
- Nhánh : nhánh là bộ phận của mạch điện gồm có các phần tử nối tiếp nhau trong đó
có cùng dòng điện chạy qua.
- Nút : nút là chỗ gặp nhau của các nhánh (từ 3 nhánh trở lên).
- Mạch vòng : mạch vòng là lối đi khép kín qua các nhánh.
Ví dụ như mạch ở hình vẽ trên sẽ gồm có máy phát (MF) cung cấp điện cho đèn (Đ) và
động cơ điện (ĐC) hình thành nên một mạch điện gồm 3 nhánh (1, 2 và 3) và 3 mạch vòng
(a, b và c).

1.2.Các đại lượng đặc
trưng quá trình năng
lượng trong mạch điện
1.Dòng điện

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích âm.
Đơn vò của dòng điện là Ampe, ký hiệu là A.
Người ta quy ước chiều của dòng điện chạy trong vật dẫn ngược với chiều chuyển động
của điện tử.
I

2.Điện áp

Tại mỗi điểm trong mạch điện có một điện thế ϕ. Hiệu điện thế giữa hai điểm gọi điện áp

U, đơn vò là volt, ký hiệu là V.
ϕA

ϕB
UAB

Nguồn

Điện áp giữa 2 điểm A và B là:
U AB = ϕ A − ϕ B
Chiều điện áp quy ước là chiều từ
điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp.

U

Tải

Nguồn

E

Điện áp giữa 2 cực của nguồn điện khi hở
mạch ngoài (dòng điện I = 0) được gọi là
sức điện động E.

-1-


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG
Công suất của nguồn sức điện động là:
P = EI
Công suất của mạch ngoài là:
P = UI
Đơn vò của công suất là Oát, ký hiệu là W, 1kW = 1000W.
Khi tính toán, mạch điện thực được thay thế bằng một sơ đồ gọi là mô hình mạch điện,
trong đó các phần tử thực được thay thế bằng các phần tử lý tưởng E, J, R.
Sức điện động E là phần tử lý tưởng, có trò số bằng điện áp U đo được giữa 2 cực của
nguồn khi hở mạch ngoài. Chiều của sức điện động quy ước từ điện thế thấp đến điện thế
+
cao (cực âm tới cực dương).

3.Công suất

1.3.Mô hình mạch điện
một chiều
1.Sức điện động E

E

Hở mạch

E

U

ai

Nguồn

_

n

Th

Chiều của điện áp quy ước từ điện thế đến điện thế thấp, do đó nếu chiều như ở hình vẽ
thì:
U=E
Nguồn dòng điện J là phần tử lý tưởng có trò số bằng dòng điện ngắn mạch giữa 2 cực của
nguồn.
Nguồn

J

J

Ngắn mạch

N

gu

E

ye
n

Va

2.Nguồn dòng điện J

Điện trở R đặc trưng cho một vật dẫn về mặt cản trở dòng điện chạy
qua. Về hiện tượng năng lượng, điện trở R đặc trưng cho tiêu tán, biến
đổi điện năng tiêu thụ thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng,
quang năng, …
Công suất của điện trở:
P = RI 2

R

pi

le

d

by

3.Điện trở R

Co

m

4.Thiết lập mô hình mạch
điện
a.Sơ đồ thay thế nguồn điện

Sơ đồ thay thế của nguồn điện gồm sức điện động E nối tiếp với điện trở trong Rn.
I

Rn
I

Nguồn

Sơ đồ thay thế nguồn
dùng nguồn E.

E

E

I

J

Rn

Sơ đồ thay thế nguồn
dùng nguồn J.

Khi giải mạch điện có các phần tử transisto, nhiều khi nguồn điện có sơ đồ thay thế là
E

nguồn dòng điện J =
mắc song song với điện trở Rn.
Rn

-2-


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG
Các tải như động cơ điện một chiều, acquy ở chế độ nạp điện được thay thế bằng sơ đồ
gồm sức điện động E nối tiếp với điện trở trong Rn, trong đó chiều E ngược với chiều I.
Các tải như bàn là điện, bếp điện, bóng đèn điện,… được thay thế bằng điện trở R của
I
chúng.

b.Sơ đồ thay thế tải

Rn

R

E

Một nguồn điện một chiều có sức điện động E = 100V, điện trở trong Rn = 1Ω cung cấp
điện cho tải có R = 24Ω.

Thiết lập mô hình mạch điện và tính dòng điện tải It.
Cách giải 1: Mô hình mạch điện theo E được vẽ như hình vẽ:
Dòng điện tải It :
It
E
Rn=1Ω
It =
Rn + Rt
Rt = 24Ω
E = 100V
100
=
= 4A
1 + 24
Cách giải 2: Giải bài toán theo mô hình nguồn dòng điện:
Nguồn dòng điện J:
E
100
It
J=
=
= 100 A
Rn
1

Va

n

Th

ai

Ví dụ:

Rn = 1Ω

Rt = 24Ω

1
= 4A
1 + 24

by

N

của

Là mạch chỉ có điện trở R, không có cuộn dây hoặc tụ điện.
I

le

d

1.4.Các đònh luật
mạch điện
1.Đònh luật Ohm
a.Mạch thuần trở R

J = 100A

gu

I t = 100.

ye
n

Dòng điện tải It :

R

U

Co

m

pi

Biểu thức tính điện áp trên điện trở:
U = RI
Biểu thức tính dòng điện qua điện trở:
U
I=
R
- Đơn vò của U là V.
- Đơn vò của I là A.

- Đơn vò của R là Ω.
Trong mạch điện thuần trở ở trên, I = 210mA, R = 100Ω. Tính điện áp trên điện trở U.
Lời giải:
Điện áp trên điện trở:
U = RI = 100.0,21 = 21(V )

Ví dụ:

b.Mạch có sức điện động E
và điện trở R

Biểu thức tính điện áp U:
U = U1 + U 2 + U 3 + U 4

= R1 I − E1 + R2 I + E2

= (R1 + R2 )I − (E1 − E2 )

U1
I

R1

U2

E1

U3
R2

U4

E2

U

-3-


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG
Cho mạch điện như hình vẽ:

Ví dụ:

I1 R1=2Ω A R3=1Ω

I3

I2
R2=3Ω

E1

E3 = 115V

B

Biết E1 = 100V, I1 = 5A.
Tính điện áp UAB và dòng điện các nhánh I2 và I3.
Lời giải:
Tính điện áp UAB:
U AB = E 1 − R1 I 1 = 100 − 2.5 = 90V
Dòng điện I2:

ai

U AB − E 3 90 − 115
=
= −25 A
R3
1

Va

I3 =

Th

Dòng điện I3:

U AB 90
=
= 30 A
R2

3

n

I2 =

Do I3 = -25A < 0 nên chiều thực của dòng điện I3 ngược với chiều đã vẽ trên hình vẽ.

2.Đònh luật Kiêcshôp
a.Đònh luật Kiêcshôp 1

I3

I1

N

∑ I nut = 0

gu

ye
n

Đònh luật này cho ta quan hệ giữa các dòng điện tại một nút, được phát biểu như sau:
Tổng đại số những dòng điện ở một nút bằng không.
Trong đó quy ước dòng điện đi tới nút lấy dấu dương, dòng điện rời khỏi nút lấy dấu âm.

by

I2

d

Theo như hình vẽ thì:
I 1 + (− I 2 ) + (− I 3 ) = 0
Đònh luật này cho ta quan hệ giữa sức điện động,
dòng điện và điện trở trong một vòng khép kín,
được phát biểu như sau:
Đi theo một mạch vòng khép kín theo một chiều
tùy ý đã chọn, tổng đại số những sức điện động
bằng tổng đại số các điện áp rơi trên các điện trở
của mạch vòng.
∑ RI = ∑ E
Quy ước dấu: các sức điện động, dòng điện có
chiều trùng chiều mạch vòng lấy dấu dương,
ngược lại lấy dấu âm.
Theo như hình vẽ thì:
R1 I 1 − R 2 I 2 + R 3 I 3 = E 1 + E 2 − E 3

Co

m

pi

le

B.Đònh luật Kiêcshôp 2

E1

R1

I1
R2
E2

R3
E3

I3

I2

-4-


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG
Tính dòng điện I3 và các sức điện động E1, E3 trong mạch điện hình vẽ.

Ví dụ:

R1

I1

R3

B

I3

I2
E1

R2

a

E3

b

A

Cho biết I2 = 10A, I1 = 4A, R1 = 1Ω, R2 = 2Ω, R3 = 5Ω.
Lời giải:
Áp dụng đònh luật Kiêcshôp 1 tại nút A:
− I1 + I 2 − I 3 = 0

Th

= 10 − 4 = 6 A

Áp dụng đònh luật Kiêcshôp 2 cho mạch vòng a:
E 1 = R1 I 1 + R 2 I 2

ai

⇒ I 3 = I 2 − I1

ye
n

Va

n

= 1.4 + 2.10 = 24V
Áp dụng đònh luật Kiêcshôp 2 cho mạch vòng b:
E 3 = R3 I 3 + R2 I 2

= 5.6 + 2.10 = 50V
Khi chuyển động trong vật dẫn, các điện tích bò va chạm vào các phần tử mang điện khác
làm tăng mức chuyển động nhiệt của các phần tử này. Kết quả làm cho vật dẫn nóng lên,
đó là tác dụng nhiệt của dòng điện.
Khi đặt điện áp U vào vật dẫn có điện trở R thì sẽ có dòng điện I chạy trong vật dẫn. Lúc
này vật dẫn tiếp nhận một công suất P như sau:
P = U .I

by

N

gu

3.Đònh luật Jun - Lenxơ

pi

le

d

= I 2 .R
Trong khoảng thời gian t dòng điện thực hiện được một công A như sau:
A = P .t

Co

m

= I 2 .R .t
Năng lượng (dưới dạng nhiệt năng) do dòng điện I sinh ra trong khoảng thời gian t là:

1.5.Các biến đổi tương
đương
1.Các điện trở mắc nối tiếp

Q = A = I 2 .R.t

Đơn vò của A và Q là Jun, ký hiệu là J.

Phát biểu của đònh luật Jun – Lenxơ: Nhiệt lượng do dòng điện sinh ra trong vật dẫn tỷ lệ

thuận với bình phương dòng điện, với điện trở vật dẫn và thời gian tồn tại dòng điện trong
vật dẫn.
Biến đổi tương đương nhằm mục đích đưa mạch điện phức tạp về dạng đơn giản hơn. Khi
biến đổi tương đương, dòng điện tại các bộ phận không bò biến đổi vẫn giữ nguyên.

R1

R2

Rn

Rtđ

Điện trở tương đương Rtđ của các điện trở R1, R2,…, Rn mắc nối tiếp là:
R td = R1 + R 2 + K + R n

-5-


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG

2.Các điện trở mắc song
song
R1

R2

Rtđ

Rn

Điện trở tương đương Rtđ của các điện trở R1, R2,…, Rn mắc song song được tính như sau:
1
1
1
1
=
+
+K+
R td
R1 R 2
Rn
Trong trường hợp chỉ có 2 điện trở R1 và R2 mắc song song thì điện trở tương đương của
chúng sẽ là:
R1 R 2
Rtd =
R1 + R 2
Tính dòng điện trong mạch điện như hình vẽ sau:

Ví dụ:

R3 = 2Ω

R1 = 2,2Ω

Th

ai

I

R2 =18Ω
18

Va

R4 = 6Ω

n

E = 110V

gu

ye
n

Lời giải:
Trước hết tính điện trở tương đương R23 của 2 điện trở R2 và R3 mắc song song:
R .R
18.2
= 1,8Ω
R 23 = 2 3 =
R 2 + R 3 18 + 2

N

Sau khi tính được R23 ta có mạch thay thế đơn giản hơn:
R1 = 2,2Ω

by

I

R23 =1,8Ω

le

d

E = 110V

Co

m

pi

R4 = 6Ω

Các điện trở R1, R23 và R4 mắc nối tiếp, do đó điện trở tương đương R1234 được tính như
sau:
R1234 = R1 + R 23 + R4 = 2,2 + 1,8 + 6 = 10Ω
Dòng điện I sẽ được tính:

E
110
I=
=
11 A
R1234
10

3.Biến đổi sao (Y) thành
tam giác (Δ) và ngược lại
a.Biến đổi sao thành tam
giác

Giả thiết có 3 điện trở R1, R2, R3 nối hình sao. Biến đổi hình sao thành các điện trở đấu
tam giác:
1

1
R1
R3
3

R31
R2
2

R12

3

2
R23

-6-


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

R12

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG
R R
= R1 + R 2 + 1 2
R3

R 23 = R 2 + R 3 +

R2 R3
R1

R 31 = R 3 + R1 +

R 3 R1
R2

Trong trường hợp hình sao đối xứng: R1 = R 2 = R 3 = R thì:

R12 = R23 = R 31 = 3 R

R2 =

R 23 . R12
R12 + R 23 + R 31

R3 =

R 31 . R 23
R12 + R 23 + R 31

ai

Giả thiết có 3 điện trở R12, R23, R31 nối hình tam giác. Biến đổi hình tam giác thành hình
sao, điện trở các cạnh hình sao được tính như sau:
R12 . R 31
R1 =
R12 + R 23 + R 31

Th

b.Biến đổi tam giác thành
sao

n

Trong trường hợp hình tam giác đối xứng: R12 = R 2 3 = R 31 = R thì:
R
3

Tính dòng điện I chạy qua nguồn của mạch cầu như hình vẽ, biết R1 = 12Ω,
= R2 = 6Ω, R4 = 21Ω, R0 = 18Ω, E = 240V, Rn = 2Ω.

ye
n

Ví dụ:

Va

R1 = R 2 = R 3 =

gu

R2

R1

N
by

A

Rn

I

E

R3

R0

B

C

R3

R4

pi

le

d

D

Co

m

Lời giải:
Biến đổi tam giác ABC (R1, R2, R0) thành sao RA, RB, RC :
B

R1 R 2
12.6
=

= 2Ω
RA =
R1 + R 2 + R 3 12 + 6 + 18
R1 R0
12.18
=
= 6Ω
RB =
R1 + R 2 + R 3 12 + 6 + 18
RC =

Rn

I

RA
RB

E

R0 R 2
18.6
=
= 3Ω
R1 + R 2 + R 3 12 + 6 + 18

O

RC

B

C
R3

D

R4

Điện trở tương đương toàn mạch:
(R + R3 ).(RC + R4 ) (6 + 6).(3 + 21)
ROD = B
=
= 8Ω
R B + R 3 + RC + R 4
6 + 6 + 3 + 21
Điện trở tương đương toàn mạch:
R td = R n + R A + ROD = 2 + 2 + 8 = 12Ω
Dòng điện chạy qua nguồn:
E
240
I=
=
= 20 A
R td
12

-7-

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG
1.1. Nguồn điện là gì? Tải là gì? Hãy cho các ví dụ về nguồn điện và tải.
1.2. Phát biểu đònh luật Ôm.
1.3. Phát biểu đònh luật Kiêcshôp.
1.4. Cho E = 100V, R = 10Ω, I = 5A. Tính điện áp U:
a)
b)

CÂU HỎI ÔN TẬP

ai

1.5. Cho E = 50V, R = 5Ω, U = 40V. Tính dòng điện I:
a)
b)

Co

m

pi

le

d

by

N

gu

ye
n

Va

n

Th

1.6. Một tải có điện trở R = 19Ω đấu vào một nguồn điện một chiều có E = 100V, điện
trở trong của nguồn là Rtr = 1Ω. Tính dòng điện I, điện áp U và công suất P của
tải.
1.7. Một nguồn điện có sức điện động E và điện trở trong Rtr = 0,5Ω cung cấp điện cho
một tải có điện trở R. Biết điện áp của tải là U = 95V, công suất tải tiêu thụ là
P = 950W. Tính E và R.
1.8. Cho một nguồn điện một chiều có sức điện động E = 50V, điện trở trong Rtr =
0,1Ω, cung cấp điện cho một tải có điện trở R. Biết công suất tổn hao trong nguồn
điện là 10W. Tính dòng điện I, điện áp U, điện trở R, công suất Pt của tải. Tính
công suất P của nguồn.
1.9. Bốn điện trở R1, R2, R3, R4 mắc nối tiếp và nối vào một nguồn điện có E = 12V.
Dòng điện chạy trong mạch đo được là I = 25mA, điện áp đo trên các điện trở R1,
R2 và R3 là 2,5V, 3V và 4,5V.

Hãy vẽ sơ đồ mạch, cách mắc ampe kết và vôn kế để đo các đại lượng trên.
Tính điện áp U4 trên điện trở R4.
Tính các giá trò điện trở R1, R2, R3, R4.
1.10. Biết số chỉ của một số ampe kế trên hình sau. Hãy xác đònh số chỉ của các ampe
kế còn lại.

1.11. Để có điện trở có giá trò là 150Ω, người ta mắc song song 2 điện trở R1 và R2 với
nhau. Biết R1 = 330Ω, hãy tính R2.
1.12. Giá trò dòng điện chạy qua một mạch có hai điện trở R1 = 100Ω mắc song song
với R2 = 47Ω là 100mA. Hãy tính dòng điện chạy qua các điện trở R1 và R2.

-8-


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Môn ĐIỆN GIA DỤNG

Chương 1

NỘI DUNG
CÂU HỎI ÔN TẬP

1.13. Cho mạch điện như hình vẽ, biết U = 80V; R = 1,25Ω; R1 = 6Ω; R2 = 10Ω. Tình
dòng điện I, I1, I2, công suất nguồn P, công suất trên các điện trở PR, PR1, PR2.
Kiểm tra lại xem công suất nguồn phát ra có bằng với công suất tiêu thụ trên các
điện trở hay không.

Co

m

pi

le

d

by

N

gu

ye
n

Va

n

Th

ai

1.14. Cho mạch điện như hình vẽ, biết U = 120V; R1 = R2 = R3 = 2Ω; R4 = R5 = R6 =
6Ω. Tính dòng điện I và công suất nguồn.

-9-