MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU

Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Tải hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ điện (còn gọi là phụ tải) dùng để biến đổi năng

lượng điện thành các dạng năng lượng khác.

Ví dụ: - Động cơ điện biến điện năng thành cơ năng

- Bàn là, bếp điện biến điện năng thành nhiệt năng

- Bóng đèn biến điện năng thành quang năng

1.4. Dây dẫn: Dùng để truyền tải điện năng từ nguồn đến tải tiêu thụ.

1.5. Khí cụ điện:

Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ

các lưới điện, mạch điện, máy điện và các máy móc sản xuất. Ngồi ra nó còn được dùng

để kiểm tra và điều chỉnh các q trình khơng điện khác.

Các khí cụ điện đóng cắt bằng tay như cơng tắc, cầu dao, nút nhấn; các khí cụ điện

đóng cắt tự động như cầu chì, rơle, aptomat và các khí cụ điện điều khiển như contactor,

khởi động từ,...

2. Các đại lượng đặc trưng q trình năng lượng trong mạch điện.

2.1. Dòng điện.

2.1.1. Khái niệm dòng điện một chiều (DC – Direct Current):

“Dòng điện một chiều là dòng chuyển dời có hướng cuả các hạt mang điện tích

trong từ trường”

Dòng điện một chiều có chiều và trị số khơng đổi theo thời gian.

Quy ước chiều dòng điện: chiều dòng điện đi từ cực dương sang cực âm của

nguồn.



Biểu diễn chiều dòng điện

2.1.2. Cường độ dòng điện:

Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh, yếu dòng điện, được đo

bằng tỷ số giữa lượng điện tích chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn và thời gian điện

tích chuyển qua.

I



Q

dt



Đơn vị: q = 1C; t = 1s, I = A (Ampe)

Các bội và ước của Ampe là: 1KA = 1000A = 103A = 106mA = 106A

2.2. Điện áp:

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-2-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Tại mỗi điểm trong mạch điện có 1 điện thế. Hiệu điện thế giữa 2 điểm gọi là điện

áp. Như vậy điện áp giữa hai điểm A và B là:

UAB = UA – UB

Chiều điện áp là chiều từ điểm có điện thế cao đến điện thế thấp.

Đơn vị: Vơn – ký hiệu là V

Các bội và ước của Vôn:

Kilô Vơn: 1KV = 103V = 106mV

2.3. Cơng suất của dòng điện.

2.3.1. Cơng của dòng điện:

Khi đặt một hiệu điện thế U vào hai đầu đoạn mạch AB, trong mạch có dòng điện

I chạy qua (như hình bên dưới)



Cơng làm dịch chuyển lượng điện tích q từ A đến B được tính bằng cơng thức sau:

A = U.q

Mà q = i.t  A = U.I.t

Trong đó:

- q là lượng điện tích dịch chuyển (C):



Culong



- I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch (A):



Ampe



- U là hiệu điện thế giữa đầu đoạn mạch (V):

- t là thời gian dòng điện chạy trong đoạn mạch(s):



Volt

Giây



Vậy: Cơng của dòng điện sinh ra trong đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế

giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn

mạch đó.

Đơn vị: J(Jun) hoặc Cal(Calo) và 1J = 0,24 Cal.

2.3.2. Cơng suất của dòng điện:

- Cơng suất của dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh cơng của dòng

điện, có độ lớn bằng cơng của dòng điện sinh ra trong một giây.

Ký hiệu: P (Power)

- Công suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng tiêu thụ điện năng của thiết bị

điện.

P



A U .I .t



U .I

t

t



Hoặc P R.I 2



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-3-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Hoặc P 



Giáo trình Điện



U2

R



- Đơn vị: W(t)

- Bội số của W là: KW, MW. Ước của W là mW, W

1KW = 103 W; 1MW = 106W; 1mW = 10-3W ; 1W = 10-6W.

2.3.3. Điện năng trong mạch điện một chiều:

Điện năng là công suất mạch điện tiêu thụ trong một đơn vị thời gian.

Wr = P.t ( KWh )

Ví dụ: Một bóng đèn có ghi 220V – 100W

a. Giải thích ký hiệu trên.

b. Tính điện trở của bóng đèn ở trạng thái làm việc.

c. Nếu bóng đèn đặt vào điện áp U’ = 110V thì cơng suất tiêu thụ là bao nhiêu?

(giả thiết điện trở bóng đèn là khơng thay đổi).

d. Tính điện năng tiêu thụ của bóng đèn trong thời gian 1 ngày (U = 220V)?

Giải:

a. Ý nghĩa ký hiệu:

220V – 100W có nghĩa là, với điện áp làm việc 220V thì bóng đèn làm việc bình

thường, đảm bảo các tính năng kỹ thuật theo quy định của nhà sản xuất, và khi đó cơng

suất đèn tiêu thụ là 100W.

2

U dm

220 2

r





484

b. Điện trở bóng đèn:

Pdm

100



c. Cơng suất đèn tiêu thụ:

Gọi P ' 



U '2 110 2



25W (r không đổi)

r

484



d. Điện năng tiêu thụ của bóng đèn trong 1 ngày là: (với U = 220V)

Công suất: P 



U 2 220 2



100W

r

484



 Điện năng Wr = P.t = 100.24 = 2400 (Wh) = 2,4 (KWh)

2.3.4. Công suất của nguồn điện:

- Cơng của nguồn điện: Là đại lượng đo bằng tích số giữa suất điện động của

nguồn điện với độ dịch chuyển điện tích.

A = E.I.t



đơn vị ( J )



- Cơng suất của nguồn điện: là công của nguồn sinh ra trong một đợn vị thời

gian, nó được đo bằng tỷ số giữa cơng của nguồn và thời gian dòng điện chạy qua trong

mạch.



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-4-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



P



Giáo trình Điện



A E.I.t



 E.I

t

t



Ví dụ: Một bộ pin có suất điện động E = 6V cung cấp cho bóng đèn , có điện trở

10, dòng điện 0,4A. Tính cơng suất tiêu thụ trên điện trở trong của bộ pin và trị

số điện trở trong đó. Điện trở dây nối không đáng kể.

Giải

Công suất bộ pin:

Png = E.I = 6x0,4 = 2,4W

Công suất đèn tiêu thụ:

P = I2.r = 0,42 . 10 = 1,6W

Công suất tiêu thụ trên điện trở trong của bộ pin:

P0 = Png – 2,4 – 1,6 = 0,8W

Điện trở trong của bộ pin: r0 



P0

0,8

 2 5

2

I

0,4



2.3.5. Hiệu suất (): Khi sử dụng điện năng, ngòai cơng suất có ích còn có những tổn

hại vơ ích. Gọi cơng suất tiêu thụ là P và cơng suất có ích là P 1, tỷ số giữa cơng suất có

ích và cơng suất tiêu thụ là hiệu suất.







P1

P



3. Mơ hình mạch điện một chiều

3.1. Phần tử điện trở:

Điện trở là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán năng lượng điện từ. Quan hệ

giữa dòng điện và điện áp trên 2 cực của phần tử điện trở u = i.R, trong đó R là đại lượng

cơ bản đặc trưng cho hiện tượng tiêu tán, gọi là điện trở.

Điện trở còn được định nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho tính cản trở dòng điện

của vật dẫn, nó phụ thuộc vào bản chất vât liệu, chiều dài dây dẫn và tiết diện ngang của

dây dẫn.

Biểu thức: R 



L

S



Trong đó:

- L: Chiều dài dây dẫn (m)

- S: Tiết diện dây dẫn (mm2)

- : Điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn (mm2/m)

- R: Điện trở ()

Ví dụ: Xác định điện trở của 1Km dây dẫn bằng nhơm có tiết diện 5mm 2,  =

2,9.10-8(m).

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-5-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



R 



Giáo trình Điện



l

10 3

2,9.10  8

5,8

S

5.10  6



3.2. Phần tử điện cảm:

Là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích, phóng năng lượng trường từ. Quan hê

giữa dòng điện và điện áp trên phần tử điện cảm thường có dạng u  L



di

, L đại lượng

dt



đặc trưng cho hiện tượng tích phóng năng lượng trường từ, gọi là điện cảm.

3.3. Phần tử điện dung:

Là phần tử đặc trưng cho hiện tượng tích, phóng năng lượng trường điện, quan

hê giữa dòng điện và điện áp trên phần tử điện dung là i C.



du

, trong đó C là đại lượng

dt



đặc trưng cho tích phóng năng lượng, gọi là điện dung.

3.4. Phần tử nguồn:

Là phần tử đặc trưng cho hiện tượng nguồn. Phần tử nguồn gồm hai loại: phần tử

nguồn áp và phần tử nguồn dòng.

- Nguồn điện áp: Nguồn điện áp đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì một

điện áp trên hai cực của nguồn. Nguồn điện áp được kí hiệu như hình vẽ sau:



Nguồn điện áp còn được biểu diễn bằng một sức điện động e(t). Chiều e(t) từ nơi

điện thế thấp đến điện thế cao. Chiều điện áp theo quy ước từ điểm điện thế cao đến

điện thế thấp, vì thế chiều điện áp đầu cực nguồn ngược chiều với chiều sức điện động.

Điện áp đầu cực u(t) sẽ bằng sức điện động:

u(t) = e(t)

- Nguồn dòng điện: Nguồn dòng điện j(t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện

tạo nên và duy trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngoài.



4. Các định luật của mạch điện

4.1. Định luật Ôm (Ohm).

4.1.1. Định luật Ôm cho đoạn mạch: Dòng điện trong một đoạn mạch sẽ tỉ lệ thuận với

điện áp ở 2 đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở của đoạn mạch đó.

Ta có: I 



U

R



Trong đó: U là điện áp 2 đầu đoạn mạch (đơn vị là Vôn - V)

R là điện trở đoạn mạch (đơn vị là Ơm - Ω)

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-6-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Ví dụ: Một bóng đèn có điện trở 20 đặt vào điện áp 6V. Tính dòng điện qua

bóng đèn.

U

6

 0,3 A

R 20



Dòng điện qua bóng đèn là: I 



4.1.2. Định luật Ơm cho tồn mạch: Dòng điện trong toàn mạch sẽ tỉ lệ thuận với sức

điện động của nguồn và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn mạch (tổng trở của tồn mạch - Z).

I



E



R







E

Z



Ví dụ 1: Một mạch điện gồm 2 bóng đèn tròn mắc nối tiếp nhau, hai bóng đèn có

điện trở lần lượt là R1 = 5Ω, R2 = 15Ω. Mạch được đấu vào nguồn điện có điện áp

U = 220V. Tính dòng điện chính chạy qua mạch?

Giải

Do 2 bóng đèn mắc nối nối tiếp nên ta có tổng trở của mạch là:

Z R1  R2 5  15 20



Áp dụng định luật Ôm cho tồn mạch ta có:

U 220

I 

11 A

Z

20



Ví dụ 2: Cho mạch điện như hình vẽ có suất điện động E = 231V, R = 22 , R0 =

1, Rdây= 1. Xác định dòng điện trong mạch điện áp đặt vào phụ tải và điện trở

đường dây? Điện áp đầu đường dây.

Giải

Dòng điện trong mạch : I 



E



R



10 A



Điện áp đặt vào tải:

Ut = I.Rt = 10.22 = 220V

Sụt áp trên đường dây:

Ud = I.Rd = 10.1 = 10V

Điện áp trên 2 cực của nguồn bằng điện áp ở hai đầu mạch:

U = Ut + Ud = 220 + 10 = 230V

4.2. Định luật Kirchhoff

4.2.1. Định luật Kirchhoff 1 (K1)

 Phát biểu: Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kỳ bằng không.



 I 0

nút



 Hệ quả: Tổng đại số các dòng điện vào bằng tổng đại số các dòng điện ra.



I

nút



vào



 I ra

nút



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-7-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



 Qui ước:

Dòng điện đi vào nút mang dấu

dương (+), dòng điện đi ra nút mang dấu

âm (-).

Ví dụ: Với mạch điện hình bên

Áp dụng định luật K1 tại nút A ta

có: I1 + I2 - I3 = 0 (theo PB)

Hoặc I1 + I2 = I3 (theo HQ)

4.2.2. Định luật Kirchhoff 2 (K2)

 Phát biểu: Tại mọi thời điểm, tổng đại số các điện áp trong một vòng kín bất kỳ

bằng khơng.



 U 0



vòng



 Hệ quả: Trong một vòng kín tổng các suất điện động bằng tổng đại số các sụt áp

trên các phần tử khác.



 IR   E



vòng



vòng



 Quy ước: Dòng điện nhánh nào cùng chiều với chiều của nguồn thì mang dấu

dương, ngược lại mang dấu âm.

Ví dụ: Cho mạch điện như hình

vẽ bên ta có:

Theo ĐL K2 ta có:

+ Mạch vòng I:

E1 = R1I1+ I3R3

+ Mạch vòng II:

E2 = R3I3 + I2R2

5. Các biến đổi tương đương

5.1. Các điện trở mắc nối tiếp:

Là cách đấu sao cho chỉ có một dòng điện duy nhất đi qua tất cả các điện trở. Như

vậy đấu nối tiếp là cách đấu khơng phân nhánh.



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-8-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Do mạch nối tiếp nên dòng điện là như nhau.

Áp dụng định luật Ơm cho tồn đoạn mạch ta có:

U1 = I.R1 ; U2 = I.R2 ; U3 = I.R3

Mà U = U1+ U2 + U3 = I.R1+ I.R2+ I.R3 = I(R1 + R2 + R3)

 U = I.Rtđ trong đó Rtđ = R1 + R2 + R3 là điện trở tương đương của mạch

Vậy điện trở tương đương (Rtt) của mạch nối tiếp bằng tổng các điện trở đó.

Tổng quát: Nếu có n điện trở mắc nối tiếp thì điện trở tương là:

Rtđ = R1 + R2 + …+Rn

Chú ý: Nếu mạch có các điện trở như nhau thì điện trở tương đương là: Rtđ = n.R

* Lưu ý: Đối với mạch không phân nhánh (điện trở mắc nối tiếp) ta có:

* Mạch phân áp



* Công thức phân áp:

 U R1 



U .R1

R1  R2



 U R2 



U .R2

R1  R2



Ví dụ 1: Ta có R1 = 3Ω, R2 = 6Ω, U

= 12V. Tính U1, U2?

 Áp dụng CT phân áp ta được:

 U1 



U .R1

12.3



4V

R1  R2 3  6



 U2 



U .R2

12.6



8V

R1  R2 3  6



Ví dụ: Cho mạch có các điện trở mắc nối tiếp như hình vẽ. Tính điện trở tương

đương của đoạn mạch đó và điện áp rơi trên điện trở R 3 khi biết điện áp hai đầu

đoạn mạch là U= 12V?



Biên soạn: Trần Văn Đạt



-9-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



Giải:

- Do điện trở mắc nối tiếp nên ta có:

Rtđ = RAB = R1+ R2+ R3 = 5+ 10+ 15 = 30

Vậy điện trở tương đương của đoạn mạch có giá trị là 30.

- Do điện trở mắc nối tiếp nên dòng điện chạy qua các điện trở cũng chính

là dòng điện nhánh:

I = I1 = I2 = I3 =



U

U

12





0,4 A

Rtđ R1  R2  R3 5  10  15



- Điện áp rơi trên điện trở R3:

U R3 



U .R3

12.15

180





6V

R1  R2  R3 5  10  15 30



5.2. Các điện trở mắc song song:

Đấu song song là cách đấu sao cho tất cả các điện trở đều đặt vào cùng một điện

áp.

Vậy đấu song song là cách đấu phân nhánh.



- Điện áp đặt vào U = U1= U2 =...= Un

- Dòng điện đặt vào I = I1 + I2+...+In

- Cơng thức tính điện trở tương đương:

1

1

1

1

 

 ... 

Rtđ R1 R2

Rn



* Chú ý: - Nếu R1=R2=...=Rn  Rtđ = R/n

- Nếu chỉ có 2 điện trở mắc song song thì ta dùng cơng thức:

Rtđ 



R1 .R2

R1  R2



* Lưu ý: Đối với mạch phân nhánh (mạch có điện trở mắc song song) ta có:

* Mạch phân dòng:



* Cơng thức phân dòng:





R1.R2

R

R  R2

R2

I1  I .  I . 1

I .

R1

R1

R1  R2







R1.R2

R  R2

R1

R

I 2 I .

I . 1

I.

R2

R2

R1  R2



Ví dụ 1: Mạch bên có R1 = 3Ω, R2 = 6Ω, I = 6A. Tính I1, I2?

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-10-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



 Áp dụng CT phân dòng ta được:

I1  I .



R2

6 .6



4 A

R1  R2 3  6



I 2 I .



;



R1

6.3



2 A

R1  R2 3  6



Ví dụ 2: Ba bóng đèn có điện trở R1= 60, R2 = 120  , R3 =150 đấu song song,

đặt vào điện áp U = 120V. Tính điện trở tương đương, dòng điện qua mỗi bóng và

dòng điện qua mạch chính.

Giải

- Do ba điện trở đấu song song nên ta có:

1

1

1

1

1

1

1

19

 



 





Rtđ R1 R2 R3 60 120 150 600



 Điện trở tương đương là Rtđ = 31,6

- Dòng điện qua mỗi bóng:

I1 



U 120



2 A ;

R1 60

I3 



I2 



U 120



1A

R2 120



U 120



0,8 A

R3 150



- Dòng điện mạch chính: I = I1 + I2 + I3 = 2 + 1 + 0,8 = 3,8A

Hoặc có thể tính theo cơng thức: I 



U

120



3,8 A

Rtđ 31,6



5.3. Biến đổi  - Y và Y - .

5.3.1. Cách đấu:

- Ba điện trở đấu sao (Y): Là đấu 3 điện trở chung lại một đầu, còn 3 đầu còn lại

đấu đến 3 điểm khác của mạch điện.

- Ba điện trở đấu tam giác (): Là đấu 3 điện trở thành một tam giác khép kín,

trong đó mỗi cạnh của tam giác là một điện trở, mỗi đỉnh của tam giác là một nút của

mạch điện nối tới các nhánh khác.



Điện trở đấu hình sao (Y)



Điện trở đấu hình tam giác ()



Cách nối sao và tam giác

5.3.2. Công thức chuyển đổi  - Y và Y - :

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-11-



Khoa KT Điện- Điện lạnh- Điện tử

kỹ thuật -75h



Giáo trình Điện



 Biến đổi  - Y:



Giả thiết có 3 điện trở có R12 , R23 , R31 nối tam giác. Biến đổi hình tam giác thành

hình sao, có điện trở các cạnh hình sao được tính theo cơng thức sau:

R1 



R12 .R31

R12  R23  R31



;



R2 



R12 .R23

R12  R23  R31



;



R3 



R31.R23

R12  R23  R31



Chú ý: Khi tam giác đối xứng, tức là R12 = R23 = R31 = R thì R1  R2  R3 



R

3



Ví dụ : Tìm dòng điện qua nguồn của mạch cầu. R12= 5, R23= 2, R31= 1, R4 =

4, R5 = 2, E = 60V.

Giải

- Sơ đồ mạch chuyển đổi:



- Điện trở biến đổi từ tam giác sang sao:





R1 



R12 .R13

5.1



0,625

R12  R13  R23 5  1  2







R2 



R12 .R23

5.2



1,25

R12  R13  R23 5  1  2







R3 



R13 .R23

1.2



0,25

R12  R13  R23 5  1  2



- Điện trở tương đương ROD của 2 nhánh song song

Biên soạn: Trần Văn Đạt



-12-