Giáo trình Mạch điện (Trình độ: Cao đẳng/Trung cấp) - Trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP/CƠ ĐIỆN TỬ/ĐIỆN LẠNH TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ - ngày.tháng.năm ......... của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh Hà Tĩnh, năm 2020 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông 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. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 2 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình môn học mạch điện được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình khung đào tạo nghề Điện công nghiệp đã được trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh phê duyệt. Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy ở trình độ Cao đẳng/Trung cấp nghề được biên soạn mang tính chọn lọc, khoa học, sát thực tế và hướng học lên chương trình sau Cao đẳng. Nội dung giáo trình gồm; Bài mở đầu: Khái niệm cơ bản về mạch điện Chương I: Mạch điện một chiều. Chương II: Mạch điện xoay chiều hình sin 1 pha. Chương III: Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha. Áp dụng việc đổi mới trong phương pháp dạy và học cũng như việc áp dụng các phần mềm như trong dạy học như: Kahoot, Microsoft team, giáo trình đã biên soạn cả phần nội dung bài học và phần câu hỏi, bài tập để đánh giá khả năng tiếp thu của người học ngay tại lớp cũng như về nhà 1 cách khách quan và tăng thêm tính năng động cho người học. Trong quá trình biên soạn có thể có những sai sót, rất mong được sự góp ý của Hội đồng thẩm định giáo trình, các đồng nghiệp cũng như các bạn học sinh, sinh viên để giáo trình được hoàn thiện hơn. Hà Tĩnh, ngày tháng năm 2020 Tác giả: Thái Thị Quyền TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 3 MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ........................................................................................................... 1 LỜI GIỚI THIỆU ....................................................................................................................... 2 MỤC LỤC................................................................................................................................... 3 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC .................................................................................................... 5 Bài mở đầu: Các khái niệm cơ bản về mạch điện .......................................................................... 8 1. Mạch điện ............................................................................................................................ 8 1.1. Định nghĩa ..................................................................................................................... 8 1.2. Phân loại ........................................................................................................................ 8 2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện .................................................................................. 9 2.1. Dòng điện và cường độ dòng điện. ................................................................................... 9 2.2. Điện áp........................................................................................................................... 9 3. Các phép biến đổi tương đương. ............................................................................................ 9 3.1. Điện trở ghép nối tiếp. .................................................................................................... 9 3.2. Điện trở ghép song song. ............................................................................................... 10 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: ........................................................................................................ 10 Chương I: Mạch điện một chiều ................................................................................................. 13 1. Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều ...................................................... 14 1.1. Định luật ôm (Ohm) ..................................................................................................... 14 1.2. Hai định luật Kirchhoff. ............................................................................................... 15 1.3. Công suất và điện năng trong mạch 1 chiều. .....................Error! Bookmark not defined. 2. Các phương pháp giải mạch một chiều. ..................................Error! Bookmark not defined. 2.1. Phương pháp biến đổi điện trở .........................................Error! Bookmark not defined. 2.2. Phương pháp dòng điện nhánh ........................................Error! Bookmark not defined. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: ...........................................................Error! Bookmark not defined. Chương II: Mạch điện xoay chiều hình sin 1 pha ...........................Error! Bookmark not defined. 1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều. ........................................Error! Bookmark not defined. 1.1. Định nghĩa về dòng điện xoay chiều hình sin. ...................Error! Bookmark not defined. 1.3. Các đại lượng đặc trưng (giá trị tức thời, hiệu dụng và cực đại)....... Error! Bookmark not defined. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 4 1.4. Pha và sự lệch pha. .......................................................... Error! Bookmark not defined. 2. Giải mạch xoay chiều không phân nhánh. .............................. Error! Bookmark not defined. 2.1. Giải mạch thuần trở, thuần cảm, thuần dung. .................. Error! Bookmark not defined. 2.2. Giải mạch R- L – C nối tiếp. ............................................ Error! Bookmark not defined. 3. Công suất mạch điện xoay chiều ............................................ Error! Bookmark not defined. CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP .............................................. Error! Bookmark not defined. Chương III: Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha ........................ Error! Bookmark not defined. 1. Khái niệm chung. .................................................................. Error! Bookmark not defined. 1.1. Hệ thống ba pha cân bằng. .............................................. Error! Bookmark not defined. 1.2. Ý nghĩa của nguồn 3 pha 4 dây. ....................................... Error! Bookmark not defined. 2. Sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha cân bằng. .......................... Error! Bookmark not defined. 2.1. Định nghĩa về cuộn dây pha, điện áp dây, điện áp pha, dòng điện dây và dòng điện pha. ............................................................................................. Error! Bookmark not defined. 2.2. Đấu dây hình sao (Y). ...................................................... Error! Bookmark not defined. 2.3. Đấu dây hình tam giác (). .............................................. Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Cách đấu ...................................................................... Error! Bookmark not defined. 3. Công suất mạng ba pha cân bằng. .......................................... Error! Bookmark not defined. 3.1. Công suất tác dụng P ...................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2. Công suất phản kháng Q. ................................................ Error! Bookmark not defined. 3.3. Công suất biểu kiến S. ..................................................... Error! Bookmark not defined. 3.4. Bài tập ứng dụng............................................................. Error! Bookmark not defined. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ............................................................ Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 19 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 5 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Mạch điện Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học mạch điện được bố trí học sau các môn học chung và học trước các môn học, mô đun chuyên môn nghề. - Tính chất: Là môn học thuộc phần các môn học/mô đun cơ sở. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Môn học Mạch điện trang bị cho người học các kiến thức cơ bản về các đại lượng như: dòng điện, điện áp, công suất, điện năng và kỹ năng tính toán các đại lượng đó để tính chọn thiết bị điện nhằm làm tiền đề cho các mô đun thực hành. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: Trình bày được các khái niệm về mạch điện, dòng điện, điện áp; tính chất của mạch xoay chiều; cách tính dòng điện, điện áp, công suất của mạch một chiều, xoay chiều; các phương pháp nối cuộn dây 3 pha; các phương pháp giải mạch điện cơ bản (phương pháp dòng điện nhánh, mạch 3 pha đối xứng); Phát biểu được các định luật trong mạch điện như định luật ôm, định luật Kirchhoff. - Về kỹ năng: Phân biệt được dòng điện 1 chiều với xoay chiều; xác định được công suất 1 chiều và xoay chiều; nối được các cuộn dây 3 pha theo phương pháp sao, tam giác và phân biệt được điện áp pha, điện áp dây; Vận dụng các định luật và các phương pháp giải mạch điện để giải được các bài toán mạch điện cơ bản như: + Mạch thuần trở, thuần cảm, thuần dung, mạch R-L-C nối tiếp. + Mạch 3 pha đối xứng. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc trong điều kiện làm việc thay đổi; + Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm đối với nhóm; + Đánh giá chất lượng công việc sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện của các thành viên trong nhóm. III. Nội dung môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: Số TT Tên chương, mục Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập Kiểm tra 1 Bài mở đầu : Các khái niệm cơ bản về mạch điện. 5 3 2 1. Mạch điện 1 1.1. Định nghĩa TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 6 1.2. Phân loại 2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện. 1 2.1. Dòng điện và cường độ dòng điện. 2.2. Điện áp. 3. Các phép biến đổi tương đương. 1 2 3.1. Điện trở ghép nối tiếp. 3.2. Điện trở ghép song song. 2 Chương I. Mạch điện một chiều. 20 7 12 1 1. Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều. 2 3 1.1. Định luật ôm 1.2. Hai định luật Kirchhoff. 1.3. Công suất và điện năng trong mạch 1 chiều. 2. Các phương pháp giải mạch một chiều. 5 9 1 2.1. Phương pháp biến đổi điện trở 3 2 2.2. Phương pháp dòng điện nhánh 2 7 1 3 Chương II. Mạch điện xoay chiều hình sin 1 pha. 15 6 8 1 1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều. 3 1.1. Định nghĩa về dòng điện xoay chiều hình sin. 1.2. Chu kỳ, tần số và tần số góc của dòng điện xoay chiều. 1.3. Các đại lượng đặc trưng (giá trị tức thời, hiệu dụng và cực đại). 1.4. Pha và sự lệch pha. 2. Giải mạch R – L – C nối tiếp. 3 8 1 2.1. Giải mạch thuần trở, thuần cảm, thuần dung. 1 1 2.2. Giải mạch R- L – C nối tiếp. 2 7 1 4 Chương III. Mạch điện xoay chiều hình sin ba pha. 20 7 11 2 1. Khái niệm chung. 1 1.1.Hệ thống ba pha cân bằng. 1.2. Ý nghĩa của nguồn 3 pha 4 dây. 2. Sơ đồ đấu dây trong mạng ba pha cân bằng. 2 2 2.1. Định nghĩa về cuộn dây pha, điện áp dây, điện áp pha, dòng điện dây và dòng điện pha. 2.2. Đấu dây hình sao (Y). 2.3. Đấu dây hình tam giác (). 2.4. Đấu tải vào nguồn 3 pha. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 7 3. Công suất mạng ba pha cân bằng. 1 1 3.1. Công suất tác dụng P 3.2. Công suất phản kháng Q 3.3. Công suất biểu kiến S 3.4. Bài tập ứng dụng 4. Phương pháp giải mạng ba pha cân bằng. 2 5 1 4.1. Đặc điểm và phương pháp giải. 4.2. Bài tập ứng dụng. 5. Mạng ba pha bất đối xứng có dây trung tính (mạng điện sinh hoạt) . 1 3 1 5.1. Đặc điểm và phương pháp giải. 5.2. Bài tập ứng dụng. Cộng: 60 23 33 4 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 8 Bài mở đầu: Các khái niệm cơ bản về mạch điện Giới thiệu Mạch điện là môn học cơ sở kỹ thuật quan trọng trong quá trình đào tạo công nhân lành nghề, kỹ sư các ngành kỹ thuật như điện công nghiệp, tự động hóa... Nó nhằm mục đích trang bị một cơ sở lý luận có hiệu lực cho các ngành kỹ thuật điện mà còn có thể vận dụng cho nhiều ngành kỹ thuật khác. Ở bài mở đầu chủ yếu tập trung các khái niệm về mạch điện và các phép biến đổi tương đương nhằm đưa mạch điện về dạng đơn giản hơn. Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm về mạch điện, các đại lượng đặc trưng trong mạch điện; - Phân biệt được bản chất, đơn vị và tính toán được dòng điện, điện áp, công suất và điện năng; Biến đổi được mạch điện theo phương pháp: Điện trở mắc nối tiếp, song song. - Có ý thức học tập tích cực, tự giác. Nội dung: 1. Mạch điện 1.1. Định nghĩa Mạch điện là tập hợp tất cả các thiết bị điện như: nguồn điện, phụ tải, dây dẫn, và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, đo lường (nếu có) nối với nhau tạo thành những vòng kín mà trong đó dòng điện có thể chạy qua. Quá trình điện từ trong mạch điện có thể biểu diễn bằng các đại lượng điện như: sức điện động, dòng điện và điện áp. Như vậy ba điều kiện cần và đủ của mạch điện đó là: nguồn điện, dây dẫn và phụ tải, trong đó: Nguồn điện: là nơi cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện cho mạch, nguồn điện có chức năng biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang năng lượng điện (điện năng), ví dụ máy phát điện (biến đổi cơ năng thành điện năng), ắc quy (biến đổi hóa năng thành điện năng). Phụ tải: Là thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện. Phụ tải biến đổi năng lượng điện sang các dạng năng lượng khác, ví dụ như động cơ điện (biến đổi điện năng thành cơ năng), đèn điện (biến đổi điện năng thành quang năng), bàn là, bếp điện (biến đổi điện năng sang nhiệt năng) Phụ tải (gọi tắt là tải) là các thiết bị tiêu thụ điện. Dây dẫn: Làm nhiệm vụ truyền tải năng lượng điện từ nguồn đến nơi tiêu thụ. Ngoài ra, trong mạch điện có thể có các phần tử khác như: thiết bị đóng cắt, bảo vệ (áp tô mát, cầu chì, nút nhấn, công tắc, rơ le,,,), thiết bị đo lường (ampe kế, vôn kế, oát kế, tần số kế), phần tử làm thay đổi áp và dòng trong các phần khác của mạch (như máy biến áp, máy biến dòng), phần tử làm giảm hoặc tăng cường các thành phần nào đó của tín hiệu (các bộ lọc, bộ khuếch đại) Tính chất của mạch điện được đặc trưng bởi trị số điện trở, điện cảm và điện dung của các phần tử tạo thành mạch điện. 1.2. Phân loại Có 3 cách phân loại cơ bản: - Phân theo loại dòng điện: Mạch điện 1 chiều, xoay chiều 1 pha và xoay chiều 3 pha. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 9 - Phân loại theo kết cấu: Mach điện đơn giản và mạch điện phức tạp. Mạch đơn giản là mạch chỉ có 1 dòng điện chạy qua (không phân nhánh), mạch điện phức tạp là mạch có từ 2 nhánh trở lên. - Phân loại theo công suất: Mạch điện có công suất nhỏ, công suất vừa và công suất lớn. 2. Các khái niệm cơ bản trong mạch điện 2.1. Dòng điện và cường độ dòng điện. Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích (các electron). Chiều dòng điện được quy ước là chiều chuyển động của các điện tích dương. Cường độ dòng điện: là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện, về trị số được xác định bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q chuyển qua tiết diện ngang một vật dẫn trong thời gian t. I = dt dq (1) Đơn vị: ampe (A). Ngoài ra còn có bội số và ước số của ampe như: kilo ampe (kA), miliampe (mA). Cách đổi như sau: 1kA = 103A = 106mA, 1mA = 10-3A = 10-6kA 2.2. Điện áp. Tại mỗi điểm bất kì trong mạch điện đều có một điện thế φ, hiệu điện thế tại 2 điểm như vậy gọi là điện áp. Điện áp có chiều qui ước đi từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp. Điện áp giữa 2 cực của nguồn khi hở mạch ngoài gọi là nguồn sức điện động E. Đơn vị của điện áp: Vôn (V). Ngoài ra còn có bội số và ước số của Vôn như: Kilo vôn (KV), mili Vôn (mV). , milivon (mV). Cách đổi như sau: 1kV = 103V = 106mV, 1mV = 10-3V = 10-6kV 3. Các phép biến đổi tương đương. 3.1. Điện trở ghép nối tiếp. Nếu có n điện trở (R1, R2, ..., Rn) mắc nối tiếp với nhau (hình vẽ 1) thì điện trở tương đương Rtđ (điện trở tổng RT) sẽ bằng tổng các điện trở có trong mạch đó. Hình 1: Các điện trở mắc nối tiếp Biểu thức tính điện trở toàn mạch: Rtđ =RT = R1 + R2 ++ Rn (2) TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 10 - Bài tập vận dụng: Cho R1 = 2Ω, R2 = 4Ω, R3 = 5Ω mắc nối tiếp, thì điện trở tổng là: a. 9 Ω b. 10 Ω c. 11 Ω d. 12Ω 3.2. Điện trở ghép song song. Nếu có n điện trở mắc song song với nhau (hình vẽ 2) thì điện trở tương đương (Rtđ) được xác định theo biểu thức (3): Hình 2: Các điện trở mắc song song ntd RRRR 1 ... 111 21  (3) Nếu chỉ có 2 điện trở mắc song song với nhau thì: 21 2.1 RR RR Rtđ   (4) Bài tập vận dụng: Cho R1 = R2 = 4Ω, mắc song song, thì điện trở tương đương toàn mạch là: a. 16 Ω b. 4 Ω c. 8 Ω d. 2Ω CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP: 1. Nêu định nghĩa về mạch điện? Tính chất của mạch điện phụ thuộc vào những yếu tố nào? .. .. .. .. ... 2. Một nguồn điện có SĐĐ E = 100V, điện trở trong Rn = 1Ω, cung cấp điện cho tải RT = 24Ω. Tính dòng điện chạy qua tải. .. .. .. .. .. .. . Câu 3: Nêu định nghĩa dòng điện, điện áp và chiều của nó được quy ước như thế nào? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 11 .. .. .. .. Câu 4: Trình bày các phép biến đổi tương đương? .. .. .. .. .. .. .. . .. .... Câu 5: Để có điện trở tương đương là 150 Ω, người ta mắc song song hai điện tr ở R1 và R2. Biết R1 = 330 Ω, thì giá trị điện trở R2 là: a. 275 Ω b.480 Ω c. 180 Ω d. Không có giá trị nào Câu 6: Cho mạch điện như hình vẽ, hãy dùng phương pháo biến đổi tương đương tính dòng điện trong các nhánh. Tính công suất nguồn và công suất trên các điện trở. Cho U = 80V; R = 1,25Ω; R1 = 6 Ω; R2 = 10 Ω. Hình 3: Hình vẽ bài tập 6 .. .. .. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 12 .. .... .. .. .. .. .. .. .... .. .... .. . Câu 7: Đặc điểm của mạch mắc song là: a. UT = U1 = U2 = = Un b. IT = I1 + I2 + + In c. Cả 2 đặc điểm trên đều đúng d. Cả 2 đặc điểm trên đều sai. Câu 8: Định nghĩa nào đúng khi nói về dòng điện? a. Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích. b. Chiều dòng điện quy ước là chiều chuyển động của các điện tích dương. c. Cường độ dòng điện đặc trưng cho độ mạnh yếu của dòng điện. d. Tất cả các ý trên đều đúng. Câu 9: Phát biểu nào sau đây là đúng? a. Nếu có n điện trở mắc nối tiếp với nhau thì điện trở tổng toàn mạch bằng tổng các điện trở mắc nối tiếp đó. b. Nếu có n điện trở mắc song song với nhau thì điện trở tương đương toàn mạch bằng tổng các điện trở mắc song song đó. c. Cả hai ý trên đều đúng. d. Cả hai ý trên đều sai. Câu 10: Một nguồn điện có suất điện động E = 100V, điện trở trong Rn = 1Ω, cung cấp điện cho tải Rt = 24 Ω. Giá trị dòng điện chạy qua tải là: a. 4A b. 3A c. 5A d. 6A Câu 11: Cho R1 = 2Ω, R2 = 4Ω, R3 = 5Ω mắc nối tiếp, thì điện trở tổng là: TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 13 a. 9 Ω b. 10 Ω c. 11 Ω d. 12Ω Câu 12: Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về điện trở R: a. Điện trở R đặc trưng cho quá trình biến đổi và tiêu thụ điện năng, biến điện năng thành các dạng năng lượng khác như quang năng, nhiệt năng... b. Theo định luật Ôm quan hệ giữa dòng điện i và điện áp uR là: R = UR/I c. Đơn vị của điện trở là  (ôm). Câu 13: Phát biểu nào sau đây đúng khi nói về dòng điện: a. Giá trị hiệu dụng của nó kí hiệu là I b. Giá trị hiệu dụng của nó kí hiệu là U c. Đơn vị của nó là A d. Cả a và c đều đúng. Chương I: Mạch điện một chiều Giới thiệu Chương này giới thiệu về các định luật cơ bản của mạch điện một chiều cũng như mạch xoay chiều và các phương pháp giải mạch điện một chiều TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 14 Dòng điện một chiều là dòng chuyển động đơn hướng của các điện tích. Mạch điện một chiều là mạch điện có nguồn một chiều cung cấp điện cho phụ tải 1 chiều. Mục tiêu: - Trình bày và giải thích được nội dung của định luật ôm, định luật Kirchhoff và cách tính công suất trong mạch điện 1 chiều; Trình bày được các bước giải bải toán theo phương pháp biến đổi điện trở và dòng điện nhánh; - Tính toán được các đại lượng trong mạch như dòng điện, điện trở, điện áp, công suất; Phân tích được sơ đồ mạch điện, chọn cách giải phù hợp và giải được các bài toán về mạch điện theo yêu cầu; - Có ý thức học tập tích cực, tự giác. Nội dung chương: 1. Các định luật và biểu thức cơ bản trong mạch một chiều 1.1. Định luật ôm (Ohm) Định luật ôm do nhà bác học G.Ohm người Đức tìm ra bằng thực nghiệm ở nửa đầu thế kỷ 19. Định luật Ohm là một định luật vật lý về sự phụ thuộc vào cường độ dòng điện của hiệu điện thế và điện trở. Định luật ôm nói lên mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong 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 (không xét ở chương trình này). a.Với đoạn mạch có tải thuần trở Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu. Nội dung của định luật cho rằng cường độ dòng điện đi qua 2 điểm của một vật dẫn điện luôn tỷ lệ thuận với hiệu điện thế đi qua 2 điểm đó. R U I  (1.1) Trong đó: I: Cường độ dòng điện (A) U: Điện áp (V) R: Điện trở () b.Với toàn mạch (đoạn mạch có thêm nguồn sức điện động E) R EU I   (1.2) => U = I . (R) – E (1.3) Trong đó: dòng điện và sức điện động có chiều trùng với chiều điện áp trong mạch thì mang dấu dương (+), ngược lại sẽ mang dấu âm (-). Ví dụ: Cho mạch điện như vẽ (hình 1.1) Biết R1 = 1, R2 = 2, R3 = 3, E1 = 1V, E2 = 2V, I = 1A. Tính điện áp UAB và UBA? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 15 Hình 1.1: Đoạn mạch có nguồn sức điện động E Giải - Áp dụng Công thức (1.3) ta có: UAB = I (R1 + R2 + R3) – (E1 – E2) = 1 (1+ 2 +3) - (1 – 2) = 7 (V) UBA = - I (R1 + R2 + R3) – (- E1 + E2) = - 1 (1+ 2 +3) - (- 1 + 2) = - 7 (V) Nhận xét: Do UBA <0 nên trong thực tế điện áp có chiều đi từ B đến A. 1.2. Hai định luật Kirchhoff. 1.2.1 Định luật Kirchhoff 1 Định luật Kirchhoff 1 nói lên mối quan hệ giữa các dòng điện tại một nút. Nút là điểm gặp nhau của các nhánh (từ 3 nhánh trở lên) và nhánh là bộ phận của mạch điện gồm có các phần tử nối tiếp nhau trong đó có cùng dòng điện chạy qua.. Nội dung định luật: Tổng đại số các dòng điện tại một điểm nút bằng không. Hoặc “ Tổng các dòng điện tới nút bằng tổng các dòng điện rời khỏi nút” 0 1   K n K i (1.4) Quy ước: các dòng điện có chiều đi tới nút mang dấu dương, các dòng điện có chiều rời khỏi nút mang dấu âm, hoặc ngược lại. - Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ bên (hình 1.2). Hình 1.2: Tổng các dòng điện tại 1 nút Ta có: i1 - i2 - i3 = 0 hoặc: - i1 + i2 + i3= 0 1.2.2 Định luật Kirchhoff 2 Định luật Kirchhoff 2 nói lên tính chất thế của mạch điện, nghĩa là: trong mỗi mạch vòng của mạch điện, nếu ta xuất phát từ một điểm, đi qua các phần tử của mạch điện (gồm các sức điện động và các điện áp rơi trên từng đoạn mạch) rồi trở lại điểm xuất phát thì ta lại có điện thế ban đầu (lượng tăng thế bằng không). Nội dung định luật: Đi theo một vòng kín với chiều tùy ý chọn, tổng đại số các điện áp u rơi trên các nhánh bằng tổng đại số các sức điện động e có trong mạch vòng đó, trong đó các sđđ và dòng điện nào có chiều trùng với chiều đi của vòng sẽ mang dấu dương, ngược lại mang dấu âm. Hoặc: “Đi theo một mạch vòng khép kín theo một chiều tuỳ ý chọn, thì tổng đại số các sức điện động e bằng tổng đại số các sụt áp u trên các phần tử của mạch”. Biểu thức:  e =  u hoặc  e =  (i.R) (1.5) TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 16 Câu 7: Một phụ tải ba pha đối xứng đấu tam giác, biết tổng trở các pha Zp= 17Ω đấu vào nguồn điện ba pha đối xứng có điện áp dây Ud = 380V. Tính dòng điện dây Id và dòng điện pha Ip của tải. . TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 17 . Câu 8: Một động cơ không đồng bộ trên nhãn động cơ có ghi các số liệu sau: Công suất định mức Pđm = 11kW, hiệu suất định mức ηđm% = 77,5%; hệ số công suất định mức cosφđm = 0,7; Υ/Δ – 380V/220V. Người ta muốn đấu vào mạng điện 220V/127V. a. Xác định cách đấu dây động cơ. b. Tính công suất động cơ tiêu thụ từ lưới điện ở chế độ định mức. c. Tính dòng điện dây và dòng điện pha của động cơ. .. .. Câu 9: Ý nghĩa của nguồn 3 pha nối sao (3 pha 4 dây) là: a. Có 2 cấp điện áp nên phù hợp với cả tải 1 pha và tải 3 pha. b. Khi phụ tải giữa các pha thay đổi thì điện áp trên các pha hầu như không đổi. c. Khi pha này mất điện thì các pha khác có thể làm việc bình thường. d. Tất cả các ý trên đều đúng. Câu 10: : Định nghĩa nào sau đây là đúng nhất: a. Mạch điện 3 pha là mạch đấu vào nguồn 3 pha. b. Mạch điện 3 pha là mạch điện có nguồn 3 pha cấp điện cho phụ tải 3 pha. c. Mạch điện 3 pha là mạch có phụ tải 3 pha d. Tất cả các ý trên đều đúng. Câu 11: Định nghĩa nào sau đây là đúng: a. Điện áp pha là điện áp giữa 1 dây pha và dây trung tính. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 18 b. Điện áp dây là điện áp giữa 2 dây pha với nhau c. Điện áp pha là điện áp 2 đầu của 1 cuộn dây pha d. Tất cả các ý trên đều đúng. Câu 12: Phát biểu nào sau đây đúng với trường hợp nối sao: a. Nối hình sao là cách nối ba điểm cuối của cuộn dây pha với nhau tạo thành điểm trung tính. b. Đối với nguồn ba điểm cuối X, Y, Z, nối với nhau thành điểm trung tính 0 của nguồn. c. Ba dây nối 3 điểm đầu A, B, C của nguồn với 3 điểm đầu các pha của tải gọi là ba dây pha. d. Tất cả các ý trên đều đúng. Câu 13: Ý nào sau đây đúng với trường hợp nối tam giác: a. Muốn có nối tam giác ta lấy đầu pha này nối với cuối pha kia. b. Cách nối tam giác không có dây trung tính. c. Ud = Up d. Tất cả các ý trên đều đúng. Câu 14: Một nguồn điện ba pha đối xứng nối hình sao, điện áp pha nguồn UPn=220V. Nguồn cung cấp điện cho tải ba pha đối xứng nối sao, biết dòng điện dây Id = 10A. Thì giá trị điện áp dây Ud, điện áp pha Upt của tải là: a. Ud = 380V, Upt = 220V b. Ud = 380V, Upt = 380V c. Ud = 220V, Upt = 220V d. Ud = 220V, Upt = 110V Câu 15: : Định nghĩa nào sau đây là đúng: a. Dòng điện pha là dòng điện chạy trong các cuộn dây pha. b. Dòng điện dây là dòng điện chạy trong các dây pha. c. Cả 2 định nghĩa trên đều đúng. d. Cả 2 định nghĩa trên đều sai. Câu 16: Một nguồn điện có điện áp U1, cung cấp điện cho tải có R = 15; XC=20 mắc nối tiếp. Biết công suất tác dụng của mạch điện P = 240W. Giá trị I, UR, UC, U, cos, Q của mạch điện là : a. I = 6A; UR= 60V; UC=70V; U= 100V; cos= 0,6 b. I = 4A; UR= 60V; UC=80v; U= 100V; cos= 0,6 c. I = 4V; UR= 60V; UC=80A; U= 100V; cos= 0,6 d. I = 5A; UR= 80V; UC=80V; U= 100V; cos= 0,6A Câu 17 : Một động cơ điện 3 pha đấu sao mắc vào mạng 3 pha có Ud = 380V, biết dòng điện dây Id = 26,81A; hệ số công suất cos = 0,85. Thì giá trị dòng điện pha của động cơ, công suất điện động cơ tiêu thụ là: a. Ip = 26,81A; Pđiện = 15kW b. Ip = 45,58A; Pđiện = 15kW c. Ip = 17,77A; Pđiện = 15kW d. Ip = 26,81A; Pđiện = 25kW TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH MẠCH ĐIỆN 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Viết Hải (chủ biên), Điện kỹ thuật, NXB Lao động – Xã hội. [2]Đặng Văn Đào (chủ biên), Kỹ thuật điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [3]Vụ giáo dục, Lý thuyết mạch,NXB Giáo dục. [4] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện Lý thuyết và 100 bài giải, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1995.