Giáo trình Kỹ thuật điện - điện tử Nghề: Cơ điện tử CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Tác giả : Bùi Thị Bình

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ
(Lưu hành nội bộ)

Hà Nội năm 2012

1


Tuyên bố bản quyền
Giáo trình này sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội bộ trong
trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng và
không cho phép bất kỳ cá nhân hay tổ chức nào sử dụng giáo trình
này với mục đích kinh doanh.
Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình này với mục đích khác hay ở
nơi khác đều phải được sự đồng ý bằng văn bản của trường Cao đẳng
nghề Công nghiệp Hà Nội

1


LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề...
thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh. Việc dạy

thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội
bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế.
Nội dung của giáo trình “Ký thuật điện-điện tử - nghề ôt ô” đã được xây dựng
trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của 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 đất nước,.
Giáo trình nội bộ này do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm
công tác trong ngành đào tạo chuyên nghiệp. 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 ngành nghề đào tạo mà
nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình
khung đào tạo cao đẳng nghề.
Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến
của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành.
Xin trân trọng cảm ơn!

2


I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT MÔN HỌC:
- Vị trí: Là môn học kỹ thật cơ sở. Môn học được bố trí dạy trước hoặc song
song so với môn học chuyên môn, nhằm hỗ trợ cho các môn chuyên môn.
- Tính chất: Là môn học bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử.
II. MỤC TIÊU MÔN HỌC:
- Mô tả được mạch điện và mô 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
- Tính toán được hệ thống dòng 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.
III. NỘI DUNG MÔN HỌC:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Số
TT
I
II

III

Tổng
số

Tên chương, mục

1
Bài mở đầu
Mạch điện và các phương pháp 15
phân tích mạch
Mạch điện, kết cấu và các đại lượng
đặc trưng
Mô hình mạch điện, các thông số
Các định luật về mạch điện
Dòng điện hình sin và các đại lượng
đặc trưng
Tính chất của dòng hình sin
Bài tập

Công suất của dòng hình sin và vấn đề
nâng cao hệ số công suất
Các phương pháp giải mạch điện
Thực hành
Kiểm tra
9
Mạch điện xoay chiều ba pha
Hệ thống mạch điện ba pha

3

Thời gian
Bài tập/
Lý
Thực
thuyết
hành
1
10
4

5

4

Kiểm tra
(LT hoặc
TH)
1

IV

V

Cách nối mạch điện ba pha
Công suất mạch ba pha
Bài tập thực hành
Kiểm tra
Máy điện
Định nghĩa và phân loại máy điện
Máy biến áp
Máy điện không đồng bộ
Máy điện một chiều
Kỹ thuật điện tử
Đại cương về chất bán dẫn
Diode bán dẫn và các mạch ứng dụng
Tranzitor và các mạch ứng dụng
Khuếch đại
Phần tử nhiều mặt ghép P-N
Thực hành
Kiểm tra

10

5

4

1

10

7

2

1

28
14
3
Cộng
45
*Thời gian kiểm tra lý thuyết được tính vào giờ lý thuyết, kiểm tra thực hành được tính
bằng giờ thực hành.

4


Bi m u
Mc tiờu:
Tỡnh by c vai trũ, nhim v cn t c ca mụn hc.
Vai trũ, nhim v ca mụn hc:
- Tớnh toỏn c h thng dũng ba pha
- Trỡnh by c cu to, nguyờn lý lm vic ca mỏy in
- Phõn tớch ỳng nguyờn lý cỏc mch in t c bn
- Mụ t c cu to, phõn tớch nguyờn lý ca cỏc loi mỏy in
- Mụ t c mch in v mụ hỡnh mch in vi cỏc thụng s c trng ca cỏc
phn t mch

- Hiu v vn dng c cỏc phng phỏp thớch hp gii cỏc bi toỏn k thut in
-Tớnh toỏn qun li mỏy Bin ỏp, C KB 3 pha, C KB 1 pha b chỏy hng theo s
liu cú sn.
- Phõn tớch nguyờn nhõn h hng cỏc loi mỏy in v ra phng phỏp sa
cha,thay th phự hp.
- Phỏt huy tớnh tớch cc, ch ng, sỏng to v t duy khoa hc trong cụng vic
- Cú ý thc t giỏc, tớnh k lut cao, tinh thn trỏch nhim trong cụng vic
- Ch ng v sỏng to trong hc tp.

Chng 1: Mch in v cỏc phng phỏp phõn tớch
mch
Mc tiờu:
- Mụ t c mch in v mụ hỡnh mch in vi cỏc thụng s c trng ca
cỏc phn t mch
- Trỡnh by c cỏc nh lut v mch in, t ú bit ỏp dng vo cỏc bi toỏn
mch.
- Trỡnh by c khỏi nim dũng hỡnh sin v tớnh cht ca dũng hỡnh sin
- Hiu v gii quyt c vn nõng cao h s cụng sut
- Vn dng c cỏc phng phỏp khi gii mch in
- Trỡnh by c cu to, nguyờn lý lm vic ca cỏc mỏy in
- Cú ý thc t giỏc, tớnh k lut cao, tinh thn trỏch nhim trong cụng vic
1. Mch in,kt cu v cỏc i lng c trng
1.1. nh ngha mch in
Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện (nguồn, tải, dây
dẫn) nối với nhau trong đó dòng điện có thể chạy qua (hình
1.6)
Mạch điện phức tạp có nhiều nhánh, nhiều mạch vòng và
nhiều nút.

5

1.Nhánh. Nhánh là bộ phận của mạch điện gồm có các phần
tử nối tiếp nhau trong đó có cùng dòng điện chạy qua.
2.Nút. Nút là chỗ gặp nhau của các nhánh (từ 3 nhánh trở
lên)
3.Mạch vòng. Mạch vòng là lối đi khép kín qua các nhánh.
1.2: Cỏc yu t hỡnh hc c bn ca mch in.
*.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.
1.3. Cỏc thụng s trng thỏi ca quỏ trỡnh nng lng trong nhỏnh

1.3. 1. Dòng điện
Dòng điện i có trị số bằng tốc độ
biến thiên của điện l-ợng Q qua tiết diện
ngang của vật dẫn.
i =

dQ
dt

(1-1)

đơn vị là ampe, A
Ng-ời ta quy -ớc chiều của dòng điện
chạy trong vật dẫn ng-ợc với chiều chuyển
động của điện tử (hình 1.7)
1.3. 2. Điện áp

Tại mỗi điểm trong mạch điện có một
điện thế . Hiệu điện thế giữa 2 điểm gọi
là điện áp U, đơn vị là von, V.
Điện áp giữa 2 điểm A và B (hình 1.8) là:
UAB = A - B
(1-2)
Chiều điện áp quy -ớc là chiều từ điểm có điện thế cao
đến điểm có điện thế thấp.
Điện áp giữa 2 cực của nguồn điện khi hở mạch ngoài (dòng
điện
I = 0) đ-ợc gọi là sức điện động E.
1.3. 3. Công suất
Công suất của nguồn sức điện động
là:
P = EI
(1-3)
Công suất của mạch ngoài là:
P = UI
(1-4)
Đơn vị của công suất là oát, W.

6


2. Mụ hỡnh mch in, cỏc thụng s
2.1. Mụ hỡnh mch in
a. Nguồn điện
Sơ đồ thay thế của nguồn điện gồm sức điện động E nối
tiếp với điện trở trong Rn (hình 1.12)
Khi giải mạch điện có các phần tử

tranzito, nhiều khi nguồn điện có sơ đồ
thay thế là nguồn dòng điện J =

E
Rn

mắc

song song với điện trở Rn (hình 1.13).
b. Sơ đồ thay thế tải
- Các tải nh- động cơ điện một
chiều, acquy ở chế độ nạp điện đ-ợc thay
thế bằng sơ đồ gồm sức điện động E nối
tiếp với điện trở trong Rn (hình 1.14)
trong đó chiều E ng-ợc chiều với I.
- Các tải nh- bàn là điện, bếp điện,
bóng đèn đ-ợc thay thế bằng điện trở R
của chúng (hình 1.15)
2.2. Cỏc thụng s c trng c bn
* Sức điện động E.
Sức điện động E là phần tử lý t-ởng, có trị
số bằng điện áp U đo đ-ợc giữa 2 cực của nguồn
khi hở mạch ngoài. Chiều của sức điện động quy
-ớc từ điện thế thấp đến điện thế cao (cực âm tới
cực d-ơng) (hình 1.9)
Chiều của điện áp quy -ớc từ điện thế cao
đến điện thế thấp, do đó nếu chiều vẽ nh- hình
1.9 thì:
U = E
(1-5)

* Nguồn dòng điện J
Nguồn dòng điện J là phần tử lý
t-ởng có trị số bằng dòng điện ngắn
mạch giữa 2 cực của nguồn (hình 1.10)
* Điện trở R
Điện trở R đặc tr-ng cho một vật
dẫn về mặt cản trở dòng điện chạy qua.
Về hiện t-ợng năng l-ợng, điện trở R
đặc tr-ng cho tiêu tán, biến đổi điện
năng tiêu thụ thành các dạng năng
l-ợng khác nh- nhiệt năng, quang

7


năng(hình 1.11).
Công suất của điện trở
P = RI2
(1-6)
3. Cỏc nh lut v mch in
3.1. nh lut ụm
Nhánh thuần điện trở R
Xét nhánh thuần điện btrở (hình
Biểu thức tính điện áp trên điện
U = RI
(1-7)
Biểu thức tính dòng điện qua điện
I =

U

R

1.18)
trở:
trở:

(1-8)

U - tính bằng V
I - tính bằng A
R - tính bằng
Ví dụ 2: Trong mạch điện hình 1.19, biết I = 210mA; R = 100.
Tính điện áp trên điện trở U.
Lời giải:
Điện áp trên điện trở: U
=
RI
=
100.0,21 = 21V
3.2. Cỏc nh lut kiờchop
* Định luật Kiêcshôp 1
Định luật này cho ta quan hệ giữa
các dòng điện tại một nút, đ-ợc phát biểu
nh- sau:
Tổng đại số những dòng điện ở một nút
bằng không.

Trong đó quy -ớc dòng điện đi tới nút lấy dấu d-ơng, dòng
điện rời khỏi nút lấy dấu âm (hình 1.22)
Inút = 0

(1-11)
ở hình 1.22 thì:
I1 + (-I2) + (-I3) = 0
2.2:. Định luật Kiêcshôp 2
Định luật này cho ta quan hệ giữa
sức điện động, dòng điện và điện trở
trong một mạch vòng khép kín, đ-ợc
phát biểu nh- sau:
Đi theo một mạch vòng khép kín
theo một chiều tuỳ ý chọn, tổng đại số

8


những sức điện động bằng tổng đại số các điện áp rơi trên các
điện trở của mạch vòng.
RI = E
(1-12)
Quy -ớc dấu: các sức điện động, dòng điện có chiều trùng
chiều mạch vòng lấy dấu d-ơng, ng-ợc lại lấy dấu âm.
ở mạch vòng hình 1.23:
R1I1 - R2I2 + R3I3 = E1 + E2 - E3
4. Dũng in hỡnh sin v cỏc i lng c trng
4.1. nh ngha
Dòng điện xoay chiều hình sin là dòng
điện biến đổi một cách chu kỳ theo
qui luật hình sin với thời gian, đợc
biểu diễn bằng đồ thị hình sin trên
hình 3.3.
i = Imaxsin (t + i)

(3.1)
4.2. Nguyờn lý to ra dũng xoay chiu hỡnh sin
Ngi ta tác dụng lực cơ học vào trục
làm cho khung dây quay, cắt đờng sức
từ trờng của nam châm NS, trong khung dây sẽ cảm ứng sức điện
động xoay chiều hình sin.

Dòng điện cung cấp cho tải thông qua vòng trợt
than (hình3.1). Khi công suất điện lớn, lấy cách điện
gặp nhiều khó khăn ở chỗ tiếp xúc giữa vành trợt
than.
Trong công nghiệp, máy phát điện xoay chiều đc
nh sau: dây quấn đứng yên trong các rãnh của lõi thép
tĩnh và nam châm NS là phần quay.

9

và chổi
nh vậy
và chổi
chế tạo
là phần


Khi tác dụng lực cơ học vào trục làm nam châm NS quay,
trong dây quấn ở phần tĩnh sẽ cảm ứng ra sức điện động xoay
chiều hiừnh sin. Dây quấn đứng yên nên
việc lấy điện cung cấp cho tải rất an
toàn và thuận lợi. Mô hình của máy
phát điện xoay chiều vẽ trên hình 3.2.

Cấu tạo chi tiết của máy phát
điện xoay chiều đợc viết trong sách
máy điện.
4.3. Cỏc i lng c trng ca dũng hỡnh sin
*Chu kỳ T, tần số f, tần số góc
Chu kỳ T là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp
lại trị số và chiều biên thiên.
Tần số f là số chu kỳ của dòng điện trong một giây.
f =

1
T

(3-2)

Đơn vị của tần số là héc, ký hiệu là Hz.
* Tần số góc
là tốc độ biên thiên của dòng điện hình sin, đơn vị là
rad/s.
Quan hệ giữa tần số góc và
tần số f là:
= 2f

(3-

3)
* Trị số tức thời của dòng điện
Trị số tức thời là trị số ứng
với mỗi thời điểm t. Trong biểu thức
(3-1) trị số tức thời phụ thuộc vào biên độ Imax

và góc pha

(t + i)
- Biên độ Imax là trị số cực đại, nói lên dòng điện lớn
hay nhỏ.
- Góc pha (t + i) nói lên trạng thái của dòng điện ở
thời điểm t, ở thời điểm t = 0 góc pha của dòng điện là i ,
i đợc gọi là góc pha ban đầu
( hoặc gọi ngắn gọn là pha đầu) của dòng điện.
Góc pha đầu phụ thuộc vào thời điểm chọn làm gốc thời gian
(thời điểm t =0). Góc pha đầu là đoạn NO trong đó N là điểm
dòng điện đi qua trị số không từ âm đến dơng, gần điểm gốc O
nhất. Trên hình 3.5 chỉ ra góc pha đầu i khi chọn gốc toạ độ
khác nhau.

10


* Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện
ở trên đã xét biểu thức trị số tức thời của dòng điện
i = Imaxsin(t + i)
Một cách tơng tự, ta có biểu thức trị số tức thời của
điện áp
u = Umaxsin((t + u)
Trong đó Umax, u - biên độ, pha đầu của điện áp. Điện áp và
dòng điện biến thiên cùng tần số, song phụ thuộc vào tính
chất mạch điện, góc pha của chúng có thể không trùng nhau,
ngời ta gọi giữa chúng có sự lệch pha. Góv thờng đợc dùng
để ký hiệu góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện.

= u - i

(3-4)

Khi > 0 - điện áp vợt trớc dòng điện (hoặc dòng điện
chậm sau điện áp).
< 0 - điện áp chậm sau dòng điện (hoặc dòng điện vợt
trớc điện áp).
= 0 - điện áp trùng pha với dòng điện.
5. Tớnh cht ca dũng hỡnh sin
5.1. Mch in xoay chiu cú in tr thun
1) Mạch điện
Mạch điện xoay chiều thuần trở là mạch
điện chỉ có điện trở thuần, hệ số tự cảm L
không đáng kể và điện dung C = 0
Trong thực tế mạch điện chỉ có bóng đèn
sợi đốt, lò điện, bếp điện, bàn là đ-ợc coi
là mạch điện thuần trở.
2) Quan hệ giữa dòng điện và điện áp
Giả sử đặt điện áp xoay chiều u = Um.sint vào mạch điện. Khi
đó trong mạch có dòng điện i.
i

U
u Um

. sin t ; Đặt I m m
R
R
R

ta có

11

i I m sin t


So sánh biểu thức u và i ta thấy:
+ Dòng điện i và điện áp u cùng pha (đồng pha)
+ Biên độ dòng điện Im và điện áp Um quan hệ với nhau theo định
luật ôm
Im
I

Um
, chia cả hai vế cho
R

2

ta đ-ợc

dòng điện hiệu dụng

U
R

Đồ thị hình sin và đồ thị véctơ
3) Công suất trong mạch điện thuần trở

Công suất trong mạch điện xoay chiều thuần trở đ-ợc tính
toán t-ơng tự nh- trong mạch điện một chiều, công suất này
gọi là công suất tác dụng.
Biểu thức:

U2 2
I .R
R
5.2. Mch in xoay chiu cú in cm thun
1) Mạch điện
Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn
dây, hệ số tự cảm L khá lớn, điện trở nhỏ
không đáng kể, điện dung C = 0
Điện cảm L đặc tr-ng cho quá trình trao
đổi và tích luỹ năng l-ợng từ tr-ờng của cuộn dây
2) Quan hệ giữa dòng điện và điện áp
Ta đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u thì
P U.I

trong mạch xuất hiện dòng điện i I m sin t
Dòng điện biến thiên làm xuất hiện sức điện động tự cảm:
e L L.

i
Li '
t

áp dụng định luật Kiechốp II cho đoạn mạch: uL + eL = I.r =
0 uL = - eL
Tức là điện áp và sức điện động tự cảm có trị số bằng nhau

nh-ng chiều ng-ợc nhau ở mọi thời điểm.

12


u eL L.i' L.Im..cost L.Im. sin(t 900 )

Ta có

0
Đặt Um= L.I m. u Um sin(t 90 )

So sánh biểu thức u và i ta thấy:
+ Điện áp u v-ợt tr-ớc (sớm pha) dòng điện một góc 900 hay /2
rad
+ Quan hệ giữa trị số hiệu dụng của dòng điện và điện áp: Ta
có Um= L.I m.
Đại l-ợng L đ-ợc gọi là trở kháng điện cảm hay gọi tắt là
cảm kháng, ký hiệu XL, đơn vị ().
XL = L = 2f.L Um = ImXL U = I.XL
L là điện cảm, đơn vị là henry (H) hoặc (H)
1H = 10-6 (H)
Trong mạch điện thuần cảm dòng điện tỉ lệ thuận với điện áp
giữa hai đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với trở kháng của đoạn
mạch đó:
U
I
XL

/2

2
3 / 2

Đồ thị hình sin và đồ thị véctơ
3) Công suất
Trong mạch điện có tính chất điện cảm, công suất đ-ợc gọi
là công suất phản kháng.
- Kí hiệu: QL ; Đơn vị: (VAR)
- Biểu thức: QL = I2 . XL
Trong đó: QL: Công suất phản kháng (VAR)
XL: Trở kháng của cuộn dây ()
I
: Giá trị hiệu dụng của dòng điện trong mạch
(A)

5.3. Mch in xoay chiu cú in dung thun
1) Mạch điện

13


Là mạch điện chỉ có tụ điện, trị số
R và điện cảm L không đáng kể.
Điện dung C đặc tr-ng cho hiện t-ợng
năng l-ợng điện tr-ờng (phóng điện năng
điện
2) Quan hệ giữa dòng điện và điện áp
Khi đặt một điện áp xoay chiều vào

áp trên tụ điện là:
u U

điện trở
tích luỹ
trong tụ

mạch thuần dung, điện

2 sin t hay u = Umsint

Trong tụ điện có hiện t-ợng tích và phóng điện một cách tuần
hoàn ở một thời điểm t nào đó, điện tích q của tụ là:
q C.u C.U

2 sin t

Và dòng điện qua tụ là: i

q
.C.U
t

2 cos t .C.U 2 sin(t / 2)

Đặt Im = .C.U 2 i I m sin( t / 2)
Từ biểu thức giữa dòng điện và điện áp ta thấy:
+
+
Trong

và tỉ
-

Điện áp u chậm pha so với dòng điện một góc 900 hay /2
Quan hệ trị số hiệu dụng của dòng điện và điện áp
mạch điện thuần dung dòng điện tỉ lệ thuận với điện áp
lệ nghịch với dung kháng của đoạn mạch đó.

I

Biểu thức:

Trong đó:
điện

U
XC

U,I: Giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng
XC: Dung kháng của đoạn mạch ()

Đại l-ợng X C

1
giống nh- một điện trở gọi là dung kháng,
.C

đơn vị ()
C là điệndung, đơn vị là Fara (F) hoặc F: 1F = 10-6(F)

3/2
0

/2

2


UC

Đồ thị hình sin và đồ thị véctơ
3) Công suất

14


Công suất trong mạch thuần dung đ-ợc gọi là công suất phản
kháng
- Kí hiệu: QC ; Đơn vị: VAR
- Biểu thức:
QC = I2 . XC
Trong đó:
QC: Công suất phản kháng của tụ điện (VAR)
XC: Dung kháng ()
I
: Giá trị hiệu dụng của dòng điện (A)
5.4. Mch in xoay chiu cú R, L, C ni tip
1) Mạch điện

Là mạch điện gồm 3 phần tử R, L, C có giá trị lớn mắc nối

tiếp.
2) Quan hệ giữa dòng điện và điện áp.
u U m sin t . Thì trong

Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp
mạch có dòng điện xoay chiều i. Dòng
điện này đi qua các phần tử R, L, C. Ta
có:
UR = I.R,
u và i đồng pha
UL = I.XL,
u sớm pha hơn i một góc
0
90
UC = I.XC,
u chậm pha so với i một
0
góc 90
Ta vẽ đ-ợc đồ thị véctơ tổng U (hình
vẽ)






y

UL
UC UL

0

U

)

UX
UR

I

x

UC



Do mạch mắc nối tiếp nên: U U R U L U C
Đặt U 2X U 2L U 2C
Nhìn trên đồ thị ta thấy U là cạnh huyền của một tam giác:
U U 2R U 2X

Trong đó: UR = U.cos; UX = U.Sin

Nhìn vào đồ thị thì điện áp sẽ lệch pha với dòng điện một góc
. i I m sin( t ) .
Kết luận: Trong mạch R- L- C mắc nối tiếp. Điện áp lệch pha
so

với

dòng

điện

tg

UX UL UC XL XC


R
UR
UR

- Nếu UL > UC thì tg

một

góc



đ-ợc

tính

theo

công

thức

> 0 > 0: u sẽ sớm pha hơn so với i

một góc

15


- Nếu UL < UC thì tg

< 0 < 0: u sẽ chậm pha so với i một

góc
- Nếu UL = UC thì tg
= 0 = 0: u và i cùng pha (đồng
pha). Khi đó công suất trong mạch cực đại.
3) Định luật ôm trong mạch R, L, C mắc nối tiếp

U
U

Z
R 2 (X L X C ) 2

Biểu thức: I

Trong đó: U, I: Giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện
Z : Tổng trở của đoạn mạch

2

Z R 2 X L X C
4) Công suất
P = UI.cos ; Trong đó cos

R
là hệ số công suất
Z

* Bi tp v mch in thun tr, thun cm, thun dung, mch RLC ni tip
5) Bài tập
1.
Cho nguồn điện có u = 120 2 sin t chạy qua mạch
điện R, L, C có R= 30 , L = 0,2 H, C = 50 F; f = 50 Hz.
Tớnh:
a. Tổng trở của mạch, tính trị số hiệu dụng của dòng điện
b. Viết biểu thức của dòng điện chạy trong mạch
2.
Cho mạch điện RLC có R = 140 ; L = 1 H; C = 25 F
; I = 0,5 A; f = 50 Hz.
a. Tính trị số hiệu dụng của điện áp đặt vào mạch.
b. Viết biểu thức hiệu điện thế và biểu thức c-ờng độ dòng
điện trong mạch.
c. Phải thay tụ điện có điện dung bằng bao nhiêu để công suất
trong mạch cực đại? Tính công suất cực đại đó.
6. Cụng sut ca dũng hỡnh sin v vn nõng cao h s cụng sut
6.1. Cụng sut v h s cụng sut
* Công suất tác dụng P
5Công suất tác dụng P là công suất điện trở R tiêu thụ,

đặc trng cho qúa trình biến đổi điện năng sang dạng năng lợng
khác nh điện năng, quang năng
P = RI2
(3-16)
Từ đồ thị vectơ hình 3.16b
UR = RI = Ucos
Thay vào (3-16) ta có:
P = RI2 = URI = UIcos
(3-17)
Công suất tác dụng là công suất trung bình trong một chu

16


kỳ.
* Công suất phản kháng Q
Để đặc trng cho cờng độ quá trình trao đổi, tích luỹ năng
lợng điện từ trờng, ngời ta đa ra khái niệm công suất phản
kháng Q.
Q = XI2 = (XL - XC)I2
(3-18)
Từ đồ thị vectơ hình 3.16b
UX = XI = Usin
Thay vào (3-18) ta có:
Q = XI2 = UXI = Usin
(3-19)
Nhìn vào (3-18) thấy rõ công suất phản kháng của mạch
gồm:
QL = XLI2
(3-20)

Công suất phản kháng của điện dung Qc
QC = XCI2
(3-21)
*. Công suất biểu kiến S
Để đặc trng cho khả năng của thiết bị và nguồn thực hiện
hai qúa trình năng lợng xét ở trên, ngời ta đa ra khái niệm
công suất biểu kiến S đợc định nghĩa nh sau:
S = UI =

P2 Q2

(3-22)

Biểu thức của P, Q có thể viết theo S nh sau:
P = UIcos = Scos
Q = UIsin = Ssin
Từ 2 công thức này thấy rõ, cực đại của công suất tác
dụng P (khi cos = 1), cực đại của công suất phản kháng Q
(khi sin = 1) là công suất biểu kiến S. Vậy S nói lên khả
năng của thiết bị. Trên nhãn của máy phát điện, máy biến áp,
ngời ta ghi công suất biểu kiến S định mức.
Quan hệ giữa P, Q, S đợc mô tả bằng một tam
giác vuông (hình 3.22) trong đó S là cạnh
huyền, P, Q là 2 cạnh góc vuông.
P, Q, S có cùng thứ nguyên, song để phân
biệt ta cho các đơn vị khác nhau:
Đơn vị của P: W, kW, MW
Đơn vị của Q: VAr, kVAr, MVAr
Đơn vị của S: VA, kVA, MVA
6.2. Bin phỏp nõng cao h s cụng sut

Trong biểu thức công suất tác dụng P = UI cos, cos đợc coi
là hệ số công suất.
Hệ số công suất phụ thuộc vào thông số của mạch điện.

17


Trong nhánh R, I, C nối tiếp.
cos =

R
R ( X L X C )2

hoặc cos =

2

P
2

P Q2

Hệ số công suất là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng, có ý
nghĩa rất lớn về kinh tế nh sau:
- Nâng cao hệ số công suất sẽ tận dụng tốt công suất
nguồn (máy phát điện, máy biến áp)cung cấp cho tải. Ví dụ
một máy phát điện có công suất định mức Sđm = 10000kVA, nếu
hệ số công suất của tải cos = 0,5, công suất tác dụng của
máy phát cho tải P = Sđmcos = 10000 . 0,5 = 5000kW. Nếu cos
= 0,9 thì P = 10000 . 0,9 = 9000kW. Rõ ràng là khi cos cao

máy phát ra nhiều công suất hơn.
- Khi cần truyền tải một công suất P nhất định trên đờng
dây thì dòng điện
chạy trên đờng dây
là:
I =

P
U cos

Nếu
cos
cao
thì dòng điện I sẽ
giảm, dẫn đến giảm
tổn hao điện năng,
giảm điện áp rơi trên đờng dây và có thể chọn dây dẫn tiết
diện nhỏ hơn.
Các tải trong công nghiệp và sinh hoạt thờng có tính điện
cảm (cuộn dây động cơ điện, máy biến áp, chấn lu) nên cos
thấp. Để nâng cao cos ta thờng dùng tụ điện nối song song
với tải (hình 3.24a).
7. Cỏc phng phỏp gii mch in
7.1. Phng phỏp dũng in nhỏnh
7.1.1. Cỏc bc gii
Bớc 1: Xác định số nút n = , số nhánh m = Số ẩn
của hệ phơng trình bằng số nhánh m.
Bớc 2: Tuỳ ý vẽ chiều dòng điện mỗi nhánh.
Bớc 3: Viết phơng trình Kiêcshôp 1 cho (n-1) nút đã chọn.
Bớc 4: Viết phơng trình Kiêcshôp 2 cho (m-(n-1)) = (m - n +

1) mạch vòng độc lập.

18


Bớc 5: Giải hệ thống m phơng trình đã thiết lập, ta có dòng
điện các nhánh.
7.1.2. Vớ d ỏp dng
* áp dụng phng pháp dòng điện nhánh, tính dòng điện trong
các nhánh của mạch điện hình 1.38.

Lời giải:
Bớc 1: Mạch điện có 2 nút A và B, số nút n = 2; mạch có 3
nhánh 1, 2, 3, số nhánh m = 3.
Bớc 2: Vẽ chiều dòng điện các nhánh I1, I2, I3 nh hình 1.38
Bớc 3: Số nút cần viết phơng trình Kiêcshôp 1 là n - 1 = 2 1 = 1. Chọn nút A. Phơng trình Kiêcshôp 1 viết cho nút A là:
I1 - I2 + I3 = 0
(1)
Bớc 4: Chọn (m - n + 1) = 3 - 2 + 1 = 2 mạch vòng
Chọn 2 mạch vòng độc lập a, b nh hình vẽ. Viết phơng trình
Kiêcshôp 2 cho mạch vòng a và b.
Phơng trình Kiêcshôp 2 cho mạch vòng a là:
47I1 + 22I2 = 10
(2)
Mạch vòng b
22I2 + 68I3 = 5
(3)
Bớc 5: Giải hệ phơng trình ta có dòng điện các nhánh
I1 = 138mA
I2 = 160mA

I3 = 22mA
7.2. Phng phỏp dũng in vũng
7.2.1. Cỏc bc gii
Bớc 1: Xác định (m-n+1) mạch vòng độc lập và tuỳ ý vẽ chiều
dòng điện mạch vòng, thông thờng nên chọn chiều các dòng điện
mạch vòng giống nhau, thuận tiện cho lập hệ phơng trình.
Bớc 2: Viết phơng trình Kiêcshôp 2 cho mỗi mạch vòng tuỳ
theo các dòng điện mạch vòng đã chọn.
Bớc 3: Giải hệ phơng trình vừa thiết lập, ta có dòng điện
mạch vòng.
Bớc 4: Tính dòng điện các nhánh theo dòng điện mạch vòng nh

19


sau: dòng điện mỗi nhánh bằng tổng đại số dòng điện mạch vòng
chạy qua nhánh ấy.
7.2.2. Vớ d ỏp dng
áp dụng phơng pháp dòng điện mạch vòng giải mạch điện hình
1.39.

Lời giải:
Bớc 1: Số mạch vòng độc lập
m - n + 1 = 3 - 2 + 1 = 2 mạch vòng
Vẽ chiều dòng điện mạch vòng Ia, Ib nh hình vẽ.
Bớc 2: Viết phơng trình Kiêcshôp 2 cho các mạch vòng.
Mạch vòng a
(47 + 22) Ia - 22Ib = 10
69Ia - 22Ib = 10
(1)

Mạch vòng b
-22Ia + (22 + 82)Ib = -5
-22Ia + 104Ib = -5
(2)
Bớc 3: Giải hệ phơng trình đã thiết lập
69Ia - 22Ib
= 10
-22Ia + 104Ib =
-5
Sử dụng phơng pháp ma trận:

Ia =

Ib =

Bớc 4:
I1
I2
I3

10 22
(10).(104) (5).(22)
5 104

0,138 A
69 22 (69).104 (22).(22)
22 104
69 10
(69).(5) (22).(10)
22 104

0,0187 A
69 22 (69).104 (22).(22)
22 104

Tính dòng điện nhánh
= Ia
=139mA
= Ia - Ib = 139 - (-18,7) = 158mA
= Ib
= 18,7mA

20


Dòng điện I3 < 0, do đó I3 có chiều ngợc lại với chiều đã
vẽ.
7.3. Phng phỏp in ỏp hai nỳt
7.3.1. Cỏc bc gii
Bớc 1: Xác định số nút n
Bớc 2: Chọn một nút bất kỳ có điện thế biết trớc.
Bớc 3: Tính tổng dẫn của các nhánh nối với mỗi nút GA, GB và
tổng dẫn chung của các nhánh giữa 2 nút GABvà điện dẫn các
nhánh có nguồn G1, G5.
Bớc 4: Lập hệ phơng trình điện thế nút
Bớc 5: Giải hệ phơng trình ta có điện thế của mỗi nút.
Bớc 6: Sử dụng định luật Ôm tính dòng điện các nhánh.
7.3.2. Vớ d ỏp dng
* Giải mạch điện:
1

1

1 1

1

1

1

1

1 1

1

1





GA =
0,00663
R
R
R
470
680

330


2
3
1



GB =
0,01403
R4 R5 R6 330 1000 100
1

1

0,00303
GAB =
R3 300
1

1

G1 =
R1 470
1

1

GAB =

R5 100
Hệ phơng trình điện thế nút
0,00663A - 0,00303B =

4,5
470

21


-0,00303A + 0,01403B =

7
100

Giải hệ phơng trình ta có:
A = -0,928V;

B = -5,19V

Từ đó tính đợc dòng điện các nhánh
I1 =

I2 =

I3 =

I4 =

I5 =

E1 A 4,5 0,928

0,01155 A
R1
470

A
R2



0,928
0,00136 A
680

A B
R2

B
R4





0,928 5,19
0,01219 A
330

5,19
0,00519 A
100

E 5 B 7 5,19

0,0181A
R5
100

Kim tra chng 1

Chng 2 : Mch in xoay chiu ba pha
Mc tiờu:
- Trỡnh by c khỏi nim v dũng ba pha
- Mụ t c cu to ca mỏy phỏt in xoay chiu ba pha t ú bit c
nguyờn lý to ra dũng xoay chiu ba pha
- Bit cỏch mc mch ba pha hỡnh sao, tam giỏc t ú vn dng c vo thc t
- Hiu v tớnh toỏn c cụng sut trong mch ba pha
- Cú ý thc t giỏc, tớnh k lut cao, tinh thn trỏch nhim trong cụng vic
1. H thng mch in ba pha
1.1. nh ngha
Mạch điện ba pha gồm nguồn, tải và đờng dây đối xứng gọi là
mạch điện ba

pha đối xứng(còn đợc gọi là mạch ba pha cân

bằng).Nếu không thoả mãn điều kiện đã nêu gọi là mạch ba pha
không đối xứng.

22


Nếu chọn pha đầu của sức điện động eA của dây cuốn AX bằng
không, thì biểu thức sức điện động tức thời của các pha là:
Sức điện động pha A:
eA= E 2 sin t
Sức điện động pha B:
eB= E 2 sin(t-

2
)
3

Sức điện động pha C:
eC=E 2 sin(t -

4
2
) = E 2 sin(t +
)
3
3

hoặc biểu diễn bằng số phức


E A =E ej0

EB = E e

j

2
3



EC =E e

j

2
3

1.2. Cỏch to ra dũng ba pha
1.2.1. Cu to ca mỏy phỏt in ba pha
1.2.2. Nguyờn lý lm vic ca mỏy phỏt in ba pha
Để tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha, ng-ời ta dùng các máy
phát điện xoay chiều ba pha. Loại máy phát điện trong các nhà
máy phát điện đồng bộ (đ-ợc trìng bày chi tiết trong máy điện).
Cấu tạo của máy phát điện đòng bộ (hình 4.1) gồm:
- Ba dây cuốn ba pha đặt trong các rãnh của lõi thép stato
(phần tĩnh). Các dây cuốn này th-ờng ký hiệu là: AX(dây cuốn
pha A), BY(dây cuốn pha B), CZ(dây
cuốn pha C).
Các dây cuốn của các pha có
cùng số vòng dây và lệch nhau một

góc 1200 điện trong không gian.

- Phần quay (còn gọi là rôto)
là nam châm điện N-S
Khi quay rôto, từ tr-ờng sẽ quét qua các dây cuốn pha A,
pha B, pha C của stato và trong dây cuốn pha stato xuất hiện
sức điện động cảm ứng, sức điện động này có dạng hình sin cùng
2
biên độ, cùng tần số góc và lệch pha nhau một góc
.
3

23


1.3. Biu thc - th ca dũng ba pha
1.3.1. Biu thc
- Dũng điện động pha A:

iA

2 I sin t

- Dũng điện động pha B:

iB

2 I sin(t
iC

- Dũng điện động pha C:

2
)
3

2 I sin(t

2
)
3

1.3.2. th ca dũng ba pha

1.3.3. í ngha ca dũng ba pha
Hệ thống mạch điện 3 pha là tập hợp 3 mạch điện xoay chiều 1
pha nối với nhau tạo thành một hệ thống năng l-ợng điện từ
chung. Trong đó sức điện động ở mỗi mạch đều có dạng hình sin,
cùng tần số nh-ng lệch pha nhau 1/3 chu kỳ tức là chúng lệch
pha nhau một góc 1200 điện.
2. Cỏch ni mch in ba pha
2.1. Cỏch ni mch ba pha hỡnh sao
2.1.1. Cỏc nh ngha
Mỗi pha của nguồn (hoặc tải) có đầu và cuối. Thờng qn ký hiệu
đầu pha là A,B,C, cuối pha là X,Y,Z. Muốn nối hình sao ta nối
ba điểm cuối của pha với nhau tạo thành điểm trung tính(hình
4.4a).
Đối với nguồn,ba điểm cuối

X,Y,Z,nối với nhau thành điểm

trung tính 0 của nguồn.
Đối với tải,ba điểm cuối X', Y',Z',nối với nhau tạo thành
trung tính 0 của tải.
Ba dây nối 3 điểm đầu A,B,c,của nguồn với 3 điểm đầu các pha
của tải gọi là ba dây pha.

24