Giáo trình Điện kỹ thuật (Ngành: Công nghệ kỹ thuật ôtô) - ThS. Trần Thị Trà My

ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THƠNG VẬN TẢI
------

GIÁO TRÌNH

ĐIỆN KỸ THUẬT
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Lưu hành nội bộ - Năm 2018


ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THƠNG VẬN TẢI
------

GIÁO TRÌNH

ĐIỆN KỸ THUẬT
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ƠTƠ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Chủ biên:

ThS. Trần Thị Trà My

Thành viên: ThS. Lê Anh Tuyến
ThS. Ngô Thị Kim Uyển

Lưu hành nội bộ - Năm 2018

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Giáo trình “Điện kỹ thuật” dùng làm tài liệu học tập hoặc giảng dạy được
biên soạn dựa trên cơ sở chương trình mơn học. Nguồn thơng tin có thể được
phép dùng ngun 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.

i


LỜI NĨI ĐẦU
Giáo trình “ĐIỆN KỸ THUẬT” được biên soạn theo chương trình mơn học
Điện kỹ thuật, tài liệu dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên chuyên ngành
Công nghệ Kỹ thuật ơtơ. Ngồi ra cịn có thể làm tài liệu tham khảo cho các
chuyên viên và học viên ngành điện.
Nội dung của giáo trình được biên soạn với những kiến thức cơ bản nhất về
kỹ thuật điện. Trên cơ sở mục tiêu mơn học khi biên soạn nhóm tác giả đã cố
gắng trình bày nội dung giáo trình một cách ngắn gọn, dễ hiểu, cuối mỗi chương
là tập hợp các câu hỏi và bài tập giúp người học kiểm tra lại kiến thức đã trình
bày trong chương đó. Nhóm tác giả mong rằng với giáo trình này, sinh viên sẽ
hiểu được những điều cơ bản nhất của môn Điện kỹ thuật, làm kiến thức nền
tảng để học tốt các mơn chun ngành.
Giáo trình Điện kỹ thuật được biên soạn gồm 4 chương:
Chương 1: Đại cương về mạch điện
Chương 2: Máy biến áp
Chương 3. Động cơ điện
Chương 4. Khí cụ điều khiển và bảo vệ trong mạch điện

Trong uá trình biên soạn giáo trình nhóm tác giả in chân thành cám ơn
đã nhận được nhiều

kiến đóng góp chân thành và vô cùng u báu của các

đồng nghiệp và các chun gia trong và ngồi trường.
Giáo trình biên soạn khơng tránh khỏi một số sai sót nhất định. Chúng tơi
rất mong tiếp tục nhận được nhiều

kiến đóng góp của u đồng nghiệp và đọc

giả để giáo trình được b sung, ch nh sửa ngày một hoàn thiện hơn.
Các tác giả

ii


MỤC TIÊU MƠN HỌC
Giáo trình “Điện kỹ thuật” được biên soạn trên cơ sở chương trình chương
trình mơn học Điện kỹ thuật được ây dựng theo Thông tư số: 03/2017/TTBLĐTBXH ngày 01/03/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã
hội của nhà trường đã được phê duyệt. Nội dung giáo trình bám sát được chương
trình đào tạo nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về điện, nguyên
l hoạt động của các máy điện trang bị trong kỹ thuật và trên ô tô hiện nay. Giáo
trình cịn cung cấp kiến thức về cấu tạo - nguyên l trang bị điện và các mạch
điều khiển máy điện với thực tiễn đang được áp dụng trên thực tế. Đây là môn
học cơ sở nghề, trang bị kiến thức cho sinh viên làm nền tảng cho việc nghiên
cứu các môn học chuyên môn l thuyết và thực hành chuyên ngành, cũng như
phục vụ cho nghề nghiệp của sinh viên sau khi ra trường. Ngồi ra, giáo trình
được biên soạn dựa vào điều kiện với các máy móc, thiết bị được trang bị cho
ưởng thực tập của khoa, phù hợp với điều kiện nghiên cứu của sinh viên.

Giáo trình sau khi biên soạn, được hội đồng nghiên cứu khoa học công
nhận sẽ dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập cho sinh viên chuyên ngành Công
nghệ kỹ thuật ơtơ. Tuy nhiên, giáo trình cũng có thể làm tài liệu nghiên cứu cho
sinh viên các chuyên ngành kỹ thuật khác, làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật
viên làm việc có liên uan đến kỹ thuật điện.

iii


MỤC LỤC
Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆN.........................................................................1
1.1. Những khái niệm cơ bản về mạch điện............................................................... 1
1.1.1. Mạch điện.......................................................................................................1
1.1.2. Kết cấu hình học của mạch điện.................................................................... 2
1.1.3. Các đại lượng đặc trưng cho uá trình năng lượng trong mạch điện........... 2
1.1.4. Mơ hình mạch điện, các thơng số.................................................................. 4
1.1.5. Các định luật cơ bản của mạch điện.............................................................. 9
1.2. Các khái niệm cơ bản về dòng điện oay chiều................................................ 10
1.2.1. Đinh nghia va sư san sinh ra sức điên đông oay chiêu hình sin............... 10
1.2.2. Cac đai lương đặc trưng cua dong điên oay chiêu.................................... 13
1.2.3. Biêu diên cac đai lương oay chiêu băng đô thi vectơ............................... 16
1.3. Mạch điện oay chiều hình sin 1 pha................................................................ 18
1.3.1. Mach thuân điên trơ (R)...............................................................................18
1.3.2. Mach điên thuân điên cam (L).....................................................................19
1.3.3. Mach điên thuân điên dung (C)................................................................... 20
1.3.4. Mach RLC măc nôi tiêp...............................................................................22
1.3.5. Mach RLC măc song song...........................................................................23
1.3.6. Cơng suất của dịng điện hình sin:...............................................................25
1.3.7. Biêu diên cac đai lương oay chiêu băng bằng số phức............................. 28
1.3.8. Phương pháp giải mạch điện oay chiều hình sin.......................................36

1.4. Mạch điện oay chiều hình sin ba pha...............................................................37
1.4.1. Khái niệm chung về mạch điện oay chiều ba pha..................................... 37
1.4.2. Cách nối nguồn tải 3 pha............................................................................. 38
1.4.3. Công suất mạch ba pha đối ứng.................................................................42
1.4.4. Cách giải mạch ba pha đối ứng..................................................................44
Chương 2: MÁY BIẾN ÁP...................................................................................................55

iv


2.1. Máy biến áp một pha..........................................................................................55
2.1.1. Khai niêm..................................................................................................... 55
2.1.2. Phân loai.......................................................................................................57
2.1.3. Câu tao......................................................................................................... 59
2.1.4. Nguyên ly lam việc...................................................................................... 60
2.2. Máy biến áp ba pha............................................................................................ 69
2.2.1. Câu tao..........................................................................................................69
2.2.2. Cac tô đâu dây..............................................................................................72
Chương 3: ĐỘNG CƠ ĐIỆN............................................................................................... 80
3.1. Cấu tạo nguyên l máy điện không đồng bộ..................................................... 80
3.1.1. Khái niệm chung.......................................................................................... 80
3.1.2. Cấu tạo máy điện không đồng bộ 3 pha...................................................... 81
3.1.3. Từ trường của máy điện không đồng bộ..................................................... 83
3.1.4. Nguyên l làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha.................... 87
3.1.5. Các thông số trong máy điện không đồng bộ..............................................88
3.2. Các kiểu đấu dây động cơ điện oay chiều không đồng bộ 3 pha.................... 96
3.2.1. Bô dây stato đông cơ điên oay chiêu không đông bô ba pha....................97
3.2.2. Cach đâu dây bô dây stato co 6 đâu............................................................ 99
3.2.3. Cach đâu dây bô dây stato co 9 đâu dây....................................................100
3.3. Phương pháp đ i chiều uay động cơ điện oay chiều không đồng bộ ba pha

....................................................................................................................................... 103
3.3.1. Phương pháp đ i chiều uay động cơ điện oay chiều không đồng bộ ba
pha................................................................................................................................. 103
3.3.2. Sơ đô nguyên ly......................................................................................... 104
3.3.3. Sơ đô lăp đặt mach điên đao chiêu uay đông cơ điên oay chiêu không
đông bô ba pha băng câu dao đao ba pha..................................................................... 105
3.3.4. Trinh tư vân hanh.......................................................................................105
3.4. Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha........................................................... 105

v


3.4.1. Định nghĩa..................................................................................................105
3.4.2. Điều kiện mở máy......................................................................................105
3.4.3. Mở máy động cơ khơng đồng bộ rotor lồng sóc....................................... 107
3.4.4. Mở máy động cơ KĐB rotor dây uấn......................................................112
3.5. Động cơ điện vạn năng.................................................................................... 113
3.5.1. Khai niêm................................................................................................... 113
3.5.2. Câu tao....................................................................................................... 114
3.5.3. Nguyên ly lam việc.................................................................................... 117
3.5.4. Phương phap mơ may đông cơ điên van năng.......................................... 119
Chương 4: KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ TRONG MẠCH ĐIỆN......................127
4.1. Khái niệm về khí cụ điện................................................................................. 127
4.1.1. Khái niệm................................................................................................... 127
4.1.2. Phân loại.....................................................................................................127
4.1.3. Những yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện................................................128
4.2. Khí cụ đóng cắt trong mạch điện..................................................................... 129
4.2.1. Câu dao.......................................................................................................129
4.2.2. Công tăc điên............................................................................................. 132
4.2.3. Áptơmat:.....................................................................................................133

4.3. Khí cụ điện bảo vệ mạch điện..........................................................................137
4.3.1. Cầu chì....................................................................................................... 137
4.3.2. Rơle điện từ................................................................................................139
4.4. Khí cụ điều khiển mạch điện........................................................................... 141
4.4.1. Nut ân......................................................................................................... 141
4.4.2. Bô không chê............................................................................................. 143
4.4.3. Công tắc hành trình....................................................................................145
4.4.4. Contactor (Cơng tăc tơ)............................................................................. 148
4.4.5. Khởi động từ.............................................................................................. 151

vi


1. Đại cương về mạch điện

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH ĐIỆN
Mục tiêu: Học ong chương này người học có khả năng:
 Trình bày được nguyên l sản sinh ra sức điện động oay chiều và các đại
lượng cơ bản đăc trưng cho dịng điện oay chiều hình sin.
 Trình bày được uan hệ về trị số và về pha giữa dòng điện và điện áp trong
mạch điên oay chiều khi có thuần điện trở, thuần điện cảm và thuần điện
dung. Nêu được

nghĩa của hệ số công suất và các biện pháp nâng cao hệ số

cơng suất.
 Trình bày được sơ đồ đấu nối hệ thống điện oay chiều ba pha kiểu hình sao
(Y) và hình tam giác ( ) và các mối uan hệ giữa các đại lượng pha và dây.
1.1. Những khái niệm cơ bản về mạch điện
1.1.1. Mạch điện

Mạch điện là tập hợp các thiết bị điện, nối với nhau bằng các dây dẫn, tạo
thành những vòng kín trong đó dịng điện có thể chạy ua. Mạch điện được cấu
trúc từ nhiều thiết bị khác nhau, chúng thực hiện các chức năng ác định được
gọi là phần tử mạch điện.
Hai loại phần tử chính của mạch điện là nguồn và phụ tải (tải):
 Nguồn điện: Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năng, về nguyên l là thiết
bị biến đ i các dạng năng lượng khác thành điện năng. Ví dụ như máy phát
điện biến cơ năng thành điện năng, pin và ắc uy biến hóa năng thành điện
năng…
 Phụ tải: Phụ tải là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đ i điện năng
thành các dạng năng lượng khác, như động cơ điện biến điện năng thành cơ
năng, đèn điện biến điện năng thành uang năng, bàn là và bếp điện biến
điện năng thành nhiệt năng...
Ngồi hai loại chính trên, trong mạch điện cịn có dây dẫn nối từ nguồn đến
tải để tạo thành mạch vịng kín và để truyền tải điện năng từ nguồn đến tải.
Điện kỹ thuật

1


1. Đại cương về mạch điện
1.1.2. Kết cấu hình học của mạch điện
Kết cấu hình học của mạch điện gồm có: Nhánh, nút, vịng.

Hình 1- 1: Mạch điện.
 Nhánh: Nhánh là bộ phận của mạch điện, gồm các phần tử mắc nối tiếp nhau
trong đó có cùng một dịng điện chạy ua. Mạch điện hình 1.1 có ba nhánh
đánh số 1, 2 và 3.
 Nút (đ nh): Nút là chỗ gặp nhau từ ba nhánh trở lên. Mạch điện hình 1.1 có
hai nút k hiệu a và b.

 Vịng hay mạch vịng: Vịng là đường đi khép kín ua các nhánh. Mạch điện
hình 1.1 tạo thành ba vịng k hiệu I, II và III.
1.1.3. Các đại lượng đặc trưng cho q trình năng lượng trong mạch điện
1.1.3.1. Dịng điện
Dịng điện là dịng các điện tích chuyển dời có hướng dưới tác dụng của
điện trường.
Cường độ dòng điện I là đại lượng đặc trưng cho độ lớn của dòng điện.
Cường độ dịng điện được tính bằng lượng điện tích chạy ua tiết diện thẳng của
vật dẫn trong một đơn vị thời gian.
I=

Đơn vị dòng điện là Ampere (A)

dq
dt

(1- 1)

Qui ước: Chiều dòng điện hướng từ cực dương về cực âm của nguồn hoặc
từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.
Điện kỹ thuật

2


1. Đại cương về mạch điện
1.1.3.2. Điện áp
Điện áp là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích lũy năng lượng của dòng
điện. Trong mạch điện, tại các điểm đều có một điện thế nhất định. Hiệu điện
thế giữa hai điểm gọi là điện áp, k hiệu U.

Ta có:

UAB = A - B

(1- 2)

Trong đó:
A: Điện thế tại điểm A
B: Điện thế tại điểm B
UAB: Hiệu điện thế giữa A và B
Qui ước: Chiều điện áp là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện
thế thấp.
Đơn vị điện áp là vôn (V). K hiệu: U, u(t).
1.1.3.3. Chiều dương của dòng điện và điện áp
Đối với các mạch điện đơn giản, theo uy ước ra dễ dàng ác định được
chiều dòng điện và điện áp trong một nhánh.
Tuy nhiên khi tính tốn phân tích mạch điện phức tạp, ta không thể dễ
dàng ác định ngay được chiều của dòng điện và điện áp các nhánh, đặc biệt đối
với dịng điện oay chiều. Vì thế khi giải mạch điện, ta tùy

chọn chiều dòng

điện và điện áp trong các nhánh gọi là chiều dương. Trên cơ sở chiều đã chọn sẽ
thiết lập được hệ phương trình giải mạch điện. Kết uả tính tốn: dịng điện
(điện áp) ở thời điểm nào đó có giá trị dương, chiều dịng điện (điện áp) trong
nhánh trùng với chiều đã vẽ, ngược lại dòng điện (điện áp) có giá trị âm, chiều
của chúng ngược chiều đã chọn.
1.1.3.4. Công suất
Trong mạch điện, một nhánh, một phần tử có thể nhận năng lượng hoặc
phát năng lượng. Khi chiều dòng điện và điện áp trên nhánh trùng nhau, sau khi

tính tốn cơng suất P của nhánh ta có kết luận sau về uá trình năng lượng của
nhánh:
Điện kỹ thuật

3


1. Đại cương về mạch điện
Công suất tiêu thụ bởi một phần tử:
P = U. I (W)

(1- 3)

P > 0: nhánh nhận năng lượng.
P < 0: nhánh phát năng lượng.
Nếu chiều dòng điện và điện áp ngược nhau ta sẽ có kết luận ngược lại.
Đơn vị cơng suất là W (ốt).
1.1.4. Mơ hình mạch điện, các thơng số
Mạch điện gồm nhiều phần tử, khi làm việc nhiều hiện tượng điện từ ảy
ra trong các phần tử. Để tính tốn người ta thay thế mạch điện thực bằng mơ
hình mạch điện. Mơ hình mạch điện gồm nhiều phần tử l tưởng đặc trưng cho
uá trình điện từ của mạch điện và được ghép nối với nhau tùy theo kết cấu của
mạch.
1.1.4.1. Nguồn điện áp
Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một điện áp trên
hai cực của nguồn khơng phụ thuộc vào dịng điện ua nguồn. Nguồn áp được
biểu diễn bởi sức điện động e(t) có chiều ngược với chiều điện áp, chiều e(t) từ
điện thế thấp đến điện thế cao. Chiều điện áp theo uy ước từ điện thế cao đến
điện thế thấp, vì thế chiếu điện áp đầu cực nguồn ngược chiều sức điện động.
u(t) = e(t)

(1- 4)

Hình 1- 2: Ký hiệu nguồn điện áp.
1.1.4.2. Nguồn dòng điện
Nguồn dòng điện J(t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và
duy trì một dịng điện cung cấp cho một nhánh, khơng phụ thuộc vào điện áp
trên nhánh đó.
Điện kỹ thuật

4


1. Đại cương về mạch điện

Hình 1- 3: Ký hiệu nguồn dòng điện.
1.1.4.3. Điện trở R
Cho dòng điện i chạy ua điện trở R và gây ra ra điện áp trên điện trở UR.
Theo định luật Ohm uan hệ giữa dịng điện i và điện áp UR là:

Hình 1- 4: Điện trở.
UR = R.i

(1- 5)

Người ta còn dùng khái niệm điện dẫn ( g )
g=

1
R

(1- 6)

Công suất tiêu thụ trên điện trở:
P = UR.i= Ri2

Như vậy điện trở R đặc trưng cho công suất tiêu tán trên điện trở. Điện trở
đơn vị là  (Ohm). Đơn vị điện dẫn là S (Simen).
S=

1
Ω

Điện năng tiêu thụ trên điện trở trong khoảng thời gian t là:
A=

Khi i = const, ta có A = Ri2t

t
0

p.dt =

t
0

Ri2 .dt

(1- 7)

Đơn vị điện năng là J (Jun),Wh (oát giờ), bội số là kWh (ki-lo-oat-giờ)

Điện kỹ thuật

5


1. Đại cương về mạch điện
1.1.4.4. Điện cảm L
Khi có dịng điện i chạy ua cuộn dây có w vịng sẽ sinh ra từ thơng móc
vịng  với cuộn dây.
 = W.
Điện cảm cuộn dây được định nghĩa:
L=

Đơn vị điện cảm là Henry (H).

ψ W.ϕ
=
i
i

(1- 8)

dψ
di
=− L
dt
dt

(1- 9)

Nếu dòng điện i biến thiên thì từ thơng cũng biến thiên, trong cuộn dây
uất hiện suất điện tự cảm.
eL =−
Điện áp trên cuộn dây:

=− h =

㐠
ⁱ

(1- 10)

Hình 1- 5: Sức điện động và điện áp tự cảm trên cuộn dây.
Công suất trên cuộn dây:
=

.㐠 = 㐠

㐠
ⁱ

(1- 11)

Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây:
=

ⁱ
0

. ⁱ=

ⁱ
0

㐠. 㐠 =

1 2
㐠
2

(1- 12)

Như vậy điện cảm L đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng từ
trường của cuộn dây.
Điện kỹ thuật

6


1. Đại cương về mạch điện
1.1.4.5. Điện dung C
Khi đặt điện áp uC lên tụ điện có điện dung C thì tụ điện sẽ được nạp điện
với điện tích .
Q = C.uC

(1- 13)

Nếu điện áp uC biến thiên sẽ có dịng điện dịch chuyển ua tụ điện.

Hình 1- 6: Phần tử điện dung.
t
Ṑᆯ ᆯ
ᆯ
㐠=
=
=ᆯ
ⁱ
ⁱ
ⁱ

(1- 14)

Từ đó suy ra:

ᆯ

1
=
ᆯ

ⁱ

0

㐠. ⁱ

(1- 15)

Nếu tại thời điểm t = 0 mà tụ điện đã tích điện ban đầu thì điện áp trên tụ
điện là:

ᆯ

Cơng suất trên tụ điện:

ⁱ

1
=
ᆯ

0

=

ᆯ .㐠

ᆯ

㐠. ⁱ
=ᆯ

ᆯ

ᆯ Ṑ0

(1- 16)

ᆯ

(1- 17)

ⁱ

Năng lượng tích lũy trong điện trường của tụ điện:
=

ⁱ
0

ᆯ.

ⁱ=

0

ᆯ

ᆯ.

ᆯ

1
= ᆯ
2

2

(1- 18)

Vậy tụ điện C đặc trưng cho hiện tượng tích lũy năng lượng điện trường
trong tụ điện. Đơn vị điện dung là Fara (F).

Điện kỹ thuật

7


1. Đại cương về mạch điện
1.1.4.6. Mơ hình mạch điện
Mơ hình mạch điện cịn gọi là sơ đồ thay thế mạch điện, trong đó các phần
tử mạch điện thực đã được mơ hình bằng thơng số l tưởng e, J, R, L, C đặc
trưng cho uá trình năng lượng của chúng.

Hình 1- 7: Mơ hình mạch điện.
Hình 1.7b là sơ đồ thay thế của mạch điện thực hình 1.7a, trong đó máy
phát điện được thay thế bằng eMF nối tiếp với RMF và LMF, đường dây được thay
thế bằng Rd và Ld, bóng đèn được thay thế bằng RĐ, cuộng dây được thay thế
bằng LCd và RCd.
Mơ hình mạch điện được sử dụng rất thuận lợi trong việc nghiên cứu và
tính tốn mạch điện và thiết bị điện.
Cần chú

rằng, phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu và điều kiện làm việc

của mạch điện (tần số, dòng điện, điện áp) một mạch điện có thể có nhiều sơ đồ
thay thế khác nhau.

Điện kỹ thuật

8


1. Đại cương về mạch điện
1.1.5. Các định luật cơ bản của mạch điện
1.1.5.1. Định luật Ohm
Cường độ dòng điện trong đoạn mạch t lệ thuận với điện áp hai đầu đoạn
mạch và t lệ nghịch với điện trở dây dẫn.
Biểu thức tính dịng điện:
I=

1.1.5.2. Định Luật Kirchhoff

U
R

(1- 19)

a) Định Luật Kirchhoff 1 (Định luật nút)

T ng đại số dòng điện tại 1 nút bằng 0:
㐠=0

(1- 20)

Trong đó nếu ui ước các dòng điện đi tới nút mang dấu dương thì các
dịng điện rời khỏi nút mang dấu âm hoặc ngược lại.
Nghĩa là t ng các dòng điện tới đ nh bằng t ng các dòng điện rời khỏi

đ nh. Định luật Kirchhoff 1 nói lên tính chất liên tục của dịng điện. Trong một
đ nh khơng có hiện tượng tích lũy điện tích, có bao nhiêu trị số dịng điện tới
đ nh thì có bấy nhiêu dịng điện rời khỏi đ nh.
Ví dụ 1.1: Cho mạch điện hình (1.8) ét tại nút A: theo định luật Kirchhoff 1 ta
có:

Hình 1- 8: Nút dòng điện.
I1 – I 2 – I3 + I4 – I5 = 0
Hay: I1 + I4 = I2 + I3 + I5
Điện kỹ thuật

9


1. Đại cương về mạch điện
b) Định luật Kirchhoff 2
 Định luật Kirchhoff 2 phát biểu cho mạch vịng kín
“ Đi theo một vịng kín với chiều tùy , t ng đại số các điện áp dọc theo
một vòng bằng 0”.
(1- 21)

=0

 Định luật Kirchhoff 2 viết theo điện áp rơi
Đi theo một vịng kín với chiều tùy , t ng đại số các điện áp rơi trên các
phần tử bằng khơng.

 Trường hợp mạch có nguồn

(1- 22)

㐠=0

Đi theo một vịng kín với chiều tùy , t ng đại số các điện áp rơi trên các
phần tử bằng t ng đại số các sức điện động trong vịng.
㐠=

h

(1- 23)

Trong đó, những sức điện động và dịng điện có chiều trùng chiều đi của
vòng sẽ lấy dấu dương, ngược lại mang dấu âm.
Định luật Kirchhoff 2 nói lên tính chất thế của mạch điện. Trong một mạch
điện uất phát từ một điểm theo một vịng kín và trở lại vị trí uất phát thì lượng
tăng thế bằng khơng.
1.2. Các khái niệm cơ bản về dòng điện xoay chiều
1.2.1. Định ngh a và s sản sinh ra s c điện động xoay chiều hình sin
1.2.1.1. Khái niệm và định ngh a
Dịng điện sin là dòng điện oay chiều biến đ i theo uy luật hàm sin biến
thiên theo thời gian. Trong kỹ thuật và đời sống dịng điện oay chiều hình sin
được dùng rất rộng rãi vì nó có nhiều ưu điểm so với dòng điện một chiều. Dòng
điện oay chiều dễ dàng chuyển tải đi a, dễ dàng thay đ i cấp điện áp nhờ máy
biến áp. Máy phát điện và động cơ điện oay chiều làm việc tin cậy, vận hành
Điện kỹ thuật

10


1. Đại cương về mạch điện

đơn giản, ch số kinh tế - kỹ thuật cao. Ngoài ra trong trường hợp cần thiết, ta có
thể dễ dàng biến đ i dịng điện oay chiều thành một chiều nhờ các thiết bị
ch nh lưu.
Dịng điện oay chiều hình sin là dịng điện có chiều và trị số biến đ i tuần
hồn theo thời gian dạng hàm sin và đ i chiều sau mỗi nữa chu kỳ.
Dịng điện oay chiều hình sin, được biểu diễn bằng đồ thị hình sin:

Hình 1- 9: Đồ thị dịng điện xoay chiều hình sin.
Biểu thức dịng điện hình sin có dạng:
i(t) = Ima sin(t + i) (A)

(1- 24)

Trong đó:
 i(t): là trị số tức thời của dịng điện (A).
 Ima : là giá trị cực đại của dòng điện (hay là biên độ của dòng điện);
 : là tần số góc (rad/s).
 i: là góc pha ban đầu của dòng điện (rad).
1.2.1.2. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều hình sin
a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện xoay chiều một pha
 Cấu tạo
 Phần cảm: tạo nên từ thông cảm, là hai cực bắc nam của một nam
châm.
 Phần ứng: tạo nên sức điện động cảm ứng là khung dây uay đều
trong từ trường.
 C góp, ch i than: để lấy điện ra ngoài.
Điện kỹ thuật

11

1. Đại cương về mạch điện

Hình 1- 10: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 1 pha đơn giản.
 Nguyên lý làm việc
Khi khung dây ABCD uay đều trong từ trường của hai cực nam châm, từ
thông ua khung dây biến thiên tuần hoàn theo thời gian làm uất hiện trong
khung dây một sức điện động cảm cũng biến thiên tuần hoàn theo thời gian. Sức
điện động này sẽ tạo ra dịng điện oay chiều nếu mạch kín và được lấy ra ngồi
nhờ c góp và ch i than.
 Biểu th c s c điện động cảm ng
Theo định luật cảm ứng điện từ sức điện động cảm ứng sẽ uất hiện hai đầu
c góp. Khi khung dây uay với vận tốc góc  sẽ tạo nên vận tốc tiếp tuyến
theo phương vuông gốc với mặt phẳng khung dây. Phân tích vectơ thành hai
thành phần:



1
2

song song với B

vng góc với B

Hình 1- 11: Chuyển động khung dây trong từ trường.
Ch có thành phần 2 vng góc với B mới gây nên sức điện động cảm ứng

trong khung dây.
Điện kỹ thuật

12


1. Đại cương về mạch điện
Ta có biểu thức:

(1- 25)

e = B.l.V2

B: từ cảm nơi thanh dẫn uét ua (AB &CD)
L: chiều dài thanh dẫn chịu tác dụng của từ trường.
V2 = V.sin
Với V vận tốc dài của thanh dẫn.
: góc hợp bởi mặt phẳng khung dây với trục ngang ( = .t).
Ta có: e =B.l.v. sin mà  = t  e =B.l. V.Sint
Đặt: Em = B.l.v (biên độ của sức điện động).
Dạng t ng uát:
(1- 26)

e = Em.Sin (t  e)
Trong đó:
 (t  e): góc pha
 e: pha ban đầu của đại lượng hình Sin. e =

㐠 h

 eo: trị số sức điện động khi t = 0

Hình 1- 12: Đồ thị sức điện động khi e > 0 và e < 0
1.2.2. Các đại lượng đặc trưng của dòng điện xoay chiều
1.2.2.1. Chu kỳ, tần số, tần số góc
a) Chu kỳ
Là khoảng thời gian ngắn nhất để dòng điện lặp lại trị số và chiều biến
thiên cũ. Chu kỳ có k hiệu là T, đơn vị: giây (s).
Điện kỹ thuật

13


1. Đại cương về mạch điện
b) Tần số
Là số chu kỳ mà dòng điện thực hiện được trong một đơn vị thời gian
(trong 1 giây). Tần số có k hiệu là f, đơn vị là Hertz, k hiệu Hz.

c) Tần số góc

f=

1
ṐHz
T

(1- 27)

Là tốc độ biến thiên của dịng diện hình sin. Tần số góc có k hiệu là ,
đơn vị là rad/s.
Quan hệ giữa tần số góc và tần số:  = 2..f
d) Trị số t c thời của dòng điện

Trị số tức thời của dòng điện là trị số ứng với thời điểm t, k hiệu là i.
Trong biểu thức dòng điện trị số tức thời phụ thuộc vào biên độ Ima và góc pha
(t  i).
Biên độ Ima là trị số cực đại của dòng điện i, cho biết độ lớn của dịng điện.
Góc pha (t   i) nói lên trạng thái của dịng điện ngay tại thời điểm t. Ở
thời điểm t = 0 thì góc pha của dịng điện là  i.  i gọi là góc pha ban đầu của
dịng điện. Góc pha ban đầu i phụ thuộc vào thời điểm chọn làm gốc thời gian.
e) Góc lệch pha  giữa điện áp và dịng điện
Khi hai đại lượng hình sin có cùng chu kỳ tần số, biên độ nhưng điểm biến
đ i ban đầu khơng giống nhau ta nói hai đại lượng hàm sin đó lệch pha nhau:
Giả sử dịng điện có biểu thức: i = Ima sin (t + i) (A) và điện áp có biểu
thức: u = Uma sin (t + u) (V)
Ta có định nghĩa về sự lệch pha giữa điện áp và dòng điện như sau:
 = u – i (rad)

(1- 28)

Nhận ét:
 > 0: điện áp nhanh pha hơn dòng điện (u > i).
 < 0: điện áp chậm pha hơn dòng điện (u > i).
Điện kỹ thuật

14


1. Đại cương về mạch điện
 = 0: điện áp cùng pha dòng điện (u = i).
 = : điện áp và dòng điện ngược pha nhau.
 =  : điện áp và dịng điện vng pha.
2

Hình 1- 13: Sự lệch pha giữ điện áp và dịng điện.
Ví dụ 1.2: Tính sự lệch pha giữa điện áp và dịng điện.
Biết:
i = 5.Sin (t + 60o) (A)
u = 50.Sin (t – 30o) (V)
Sự lệch giữa điện áp và dòng điện:
 = u – i = 60o – (– 30o) = 90o
Điện áp nhanh pha hơn dòng điện.
f) Trị số hiệu dụng của dòng điện
Trị số hiệu dụng của dòng điện oay chiều là giá trị tương đương của dòng
điện một chiều khi chúng đi ua cùng một điện trở trong thời gian một chu kỳ
thì toả ra cùng một năng lượng dưới dạng nhiệt như nhau. Kí hiệu bằng chữ in
hoa: I, U, E...
Giả sử dịng điện oay chiều có biểu thức:
i = Ima .sint (A)
Cơng suất của dịng điện oay chiều:
=
Điện kỹ thuật

1

0

㐠2 . ⁱ

(1- 29)
15

1. Đại cương về mạch điện
Cơng suất của dịng điện một chiều:
P = RI2 (W)

(1- 30)

So sánh hai biểu thức:
2

Đặt: =

0

㐠2 . ⁱ

J=

Thế vào 1-31

T
0

J=

1

=

 =

2

0

1

T
0

(1- 31)

㐠2 . ⁱ

0

1
I2max sin2 ωt.dt = I2max
2
1 2
t
I
2 max

. ⁱ

T
0

1 − cos2ωt dt

1
− I2max sin2ωt t
2

Tương tự:
 Trị số hiệu dụng của điện áp: U =

I=

T
0

=

T 2
I
2 max

Imax

(1- 32)

2

Umax
2

 Trị số hiệu dụng của sức điện động: E =

(1- 33)

Emax
2

(1- 34)

1.2.3. Biểu di n các đại lượng xoay chiều b ng đồ thị vectơ
a) Phương pháp Fresnel
Một hàm sin có thể biểu diễn tương đương bằng một véctơ như sau:
 Modun véctơ bằng biên độ của đại lượng hàm sin.
 Góc hợp bởi véctơ vối trục góc bằng pha ban đầu của đại lượng của đại
lượng hàm sin.
 Chiều dương của véctơ uay ngược chiều kim đồng hồ.
Giả sử có biểu thức hàm sin: = A.Sin (t + )
Điện kỹ thuật

16


1. Đại cương về mạch điện
Hàm sin được biểu diễn bằng véctơ như sau:

Hình 1- 14: Biểu diễn hàm sin bằng vectơ.
b) Biểu di n dịng điện xoay chiều hình sin b ng vectơ
Từ biểu thức trị số tức thời của dòng điện.
i = Ima sin (t + i) = I 2 sin (t + i)

Ta thấy khi tần số đã cho, nếu biết trị số hiệu dụng I, và pha đầu  i, thì i
hồn tồn ác định. Vectơ được đặc trưng bởi độ dài (độ lớn, mô đun) và góc
(argument), từ đó ta có thể dùng véctơ để biểu diễn dịng điện hình sin.
Độ dài của véctơ được biểu diễn bằng trị số hiệu dụng, góc của vectơ với

trục O biểu diễn góc pha ban đầu. K hiệu như sau:
Véctơ dòng điện:

I = I∠ψi

(1- 35)

Tương tự nếu biểu thức trị số tức thời của điện áp.
u = Uma sin (t + u) = U 2 sin (t + u)

Ta có véctơ điện áp:

U = U∠ψu

(1- 36)

Ví dụ 1.3: Biểu diễn dòng điện và điện áp thành vectơ.
i = 5.sin (t – 30o) (A)
u = 10.sin (t + 60o) (V)

Hình 1- 15: Biểu diễn dịng điện, điện áp bằng vectơ.
Điện kỹ thuật

17