Giáo trình Mạch điện - Điện dân dụng

ợng dây và pha 
Ta biểu diễn dòng điện các pha bằng đồ thị véc tơ (hình 3.19). 
Hình 3.19: Đồ thị véc tơ mạng 3 pha 3 dây. 
Từ sơ đồ đấu nối mạch điện 3 pha 3 dây và đồ thị véc tơ của mạch điện 3 pha 
nguồn - tải đấu ta có: Ud = Up; Id = 3 Ip 
- Dòng điện dây cũng lần lượt lệch nhau một góc 1200 và chậm sau dòng điện 
pha tương ứng một góc 300. 
2.3.4. Công suất trong mạng ba pha cân bằng 
 Công suất của mạng ba pha bằng tổng công suất của các pha cộng lại. Trong 
mạng 3 pha cân bằng, vì tải và nguồn các pha giống như nhau nên có thể tính 
công suất toàn mạng 3 pha cân bằng là 3 lần công suất tương ứng của một pha. 
 1. Công suất tác dụng P 
- P = PA + PB + PC = 3PA = 3PB = 3PC = 3PP 
Với PP = UP.IP.cosj - Là công suất tiêu thụ của một pha. 
Do vậy, trong mạng 3 pha đối xứng: 
P = 3.UP.IP.cosj 
P = 3RP.IP
2 
P = 3 Ud.Id. cosj 
cosj =
2 2
p
p p
R
R X 
 2. Công suất phản kháng Q 
 Q = QA + QB + QC = 3QA = 3QB = 3QC = 3QP 
Với QP = UP.IP.sinj - Là công suất phản kháng của một pha. 
Do vậy, trong mạng 3 pha đối xứng: 
Q = 3.UP.IP.sinj 
Q = 3XP.IP
2 
Q = 3 Ud.Id. sinj 
 3. Công suất biểu kiến S 
 S = SA+SB+SC = 3SA = 3SB = 3SC = 3SP 
Với SP = UP.IP - Là công suất biểu kiến của một pha. 
Do vậy, trong mạng 3 pha đối xứng: 
S = 3.UP.IP 
S = 3 Ud.Id 
2 2S P Q 
58 
2.4. Giải mạch điện ba pha 
2.4.1. Phương pháp giải mạng ba pha đối xứng 
1. Khi tải nối sao 
1. Khi tải nối tam giác 
59 
60 
2.4.2. Bài tập 
61 
Bài 1: 
Một nguồn điện điện ba pha nối sao, Upn=120V cung cấp cho tải nối sao có 
dây trung tính, tải có điện trở pha Rp=180 . Tính Ud, Id, Ip, Io, P của mạch ba 
pha. 
Bài 2: 
Một nguồn điện ba pha đối xứng sao cung cấp cho tải ba pha đối xứng đấu 
hình tam giác. Biết dòng điện pha của nguồn Ipn=17,32A, điện trở mỗi pha của 
tải Rp=38 . Tính điện áp pha và công suất P của nguồn cung cấp cho tải ba pha. 
Bài 3: 
Một tải ba pha đối xứng đấu hình tam giác, biết Rp=15 , Xp=6 đấu vào 
mạng điện ba pha Ud=380V. Tính Id, Ip, P, Q của tải. 
Bài 4: 
Một động cơ điện ba pha đấu sao, đấu vào mạng ba pha Ud=380V. Biết dòng 
điện dây Id=26,81A, hệ số công suất 85,0cos j . Tính dòng điện pha của động 
cơ, công suất điện động cơ tiêu thụ. 
Bài 5: 
Một động cơ điện đấu hình sao, làm việc với mạng điện có Ud=380V, động cơ 
tiêu thụ công suất 20kW, 885,0cos j . Tính công suất phản kháng của động cơ 
tiêu thụ, dòng điện dây Id và dòng điện pha của động cơ. 
3. Hệ số công suất 
Mục tiêu: 
 - Trình bày được ý nghĩa của hệ số công suất cosj. 
 - Trình bày đúng được các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosj. 
3.1. Ý nghĩa hệ số công suất 
3.1.1 Khả năng làm việc của thiết bị: 
 Các thiết bị điện được đặc trưng bởi ba thông số định mức chính: Cường độ 
dòng điện định mức (Iđm), điện áp định mức (Uđm), công suất biểu kiến định 
mức (Sđm). Ta có: S đm = Iđm.Uđm 
Khi thiết bị làm việc, điều ta quan tâm là công suất tác dụng của thiết bị (Pđm). 
Pđm = Sđm.cosjđm. 
Vậy để công suất tác dụng của thiết bị tiến đến công suất biểu kiến của thiết bị, 
thì đại lượng cosj phải tiến đến 1. Hay nói cách khác, để tận dụng tối đa khả 
năng làm việc của thiết bị thì hệ số công suất cosj phải lớn nhất (cosj = 1). 
 Hệ số công suất cosj biểu diễn mức độ tiêu hao vô ích năng lượng của 
nguồn cung cấp (cosj = P/S), vì vậy nếu duy trì được hệ số công suất cosj cao 
(cosj 1) sẽ tận dụng được tối đa công suất của nguồn cung cấp, giảm tổn hao 
trên đường truyền ... Nếu công suất toàn phần của nguồn cung cấp (S) là không 
đổi thì khi nâng cao được hệ số cosj sẽ tăng được công suất có ích (P) cung cấp 
cho phụ tải; còn khi công suất có ích của phụ tải (P) là không thay đổi thì khi 
nâng cao hệ số công suất cosj sẽ giảm được công suất toàn phần (S) của nguồn 
cung cấp.Máy phát điện làm việc với dòng điện và điện áp định mức, thì sẽ phát 
ra công suất tác dụng tỉ lệ với hệ số công suất cosj. 
62 
 Vì vậy trên thực tế, khi sử dụng năng lượng điện, người ta luôn tìm biện 
pháp để nâng cao được hệ số công suất cosj . 
3.1.2 Trong truyền tải: 
 Khi sử dụng điện, do nhu cầu sử dụng cần phải truyền tải điện năng đi xa. 
Phụ tải dùng điện yêu cầu với một công suất tác dụng nhất định và điện áp U 
không đổi. Lúc này, nếu thay đổi hệ số công suất cosj, dòng điện sẽ thay đổi 
theo (P = U. I.cosj). Dòng điện thay đổi tỉ lệ nghịch với hệ số công suất cosj, 
hệ số công suất cosj càng nhỏ thì dòng điện tải tiêu thụ càng lớn. Dòng điện lớn 
thì tồn thất điện áp trên đường dây tăng. Tổn thất công suất trên đường dây tăng 
và tăng trọng lượng dây dẫn, thiệt hại về kinh tế. Vậy khi sử dụng thiết bị điện, 
khi truyền tải điện năng đi xa, thì hệ số công suất cosj có tầm quan trọng và ý 
nghĩa to lớn. Ta phải giữ cho hệ số công suất cosj có một giá trị nhất định mà 
không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật. 
3.2. Biện pháp nâng cao hệ số công suất 
 Với mạch điện xoay chiều, hệ số công suất cosj có giá trị phụ thuộc vào 
thông số mạch điện R, XL, XC (cosj = R/Z). Mà các phụ tải trong công nghiệp, 
trong đời sống thường có tính chất cảm kháng (cuộn dây động cơ điện, máy biến 
áp, cuộn chấn lưu, quạt điện....) nên thường hệ số công suất cosj thấp. Ta phải 
thực hiện việc nâng cao hệ số công suất cosj. 
Để nâng cao hệ số công suất cosj thường theo hai hướng sau: 
3.2.1. Biện pháp chủ động: 
 Là biện pháp giảm công suất phản kháng của tải. Trên thực tế công suất 
phản kháng thường được dùng từ các động cơ điện, các cuộn dây máy biến áp, 
các cuộn chấn lưu... Do đó, biện pháp chủ động để giảm nhỏ công suất phản 
kháng trong trường hợp này được đặt ra từ khi chế tạo thiết bị, lựa chọn công 
suất và thực hiện vận hành theo các chế độ thích hợp. 
3.2.2. Biện pháp thụ động: 
 Là biện pháp sản xuất công suất phản kháng tại nơi tiêu thụ hoặc gần nơi 
tiêu thụ để bù công suất phản kháng của tải. Phương pháp này cũng có hai cách 
thức thực hiện: Dùng tụ bù và dùng động cơ đồng bộ và máy bù dồng bộ. 
 Phương pháp dùng tụ bù: Đây là phương pháp đơn giản, dùng tụ bù C 
mắc song song với tải tiêu thụ, gọi là bù tĩnh. Dùng động cơ đồng bộ và máy bù 
đồng bộ còn gọi là máy bù quay: Phương pháp này được thực hiện bằng cách bù 
trực tiếp lên lưới điện. 
63 
64 
4. Bài tập tổng hợp: 
Bài 4.1: Mạch điện 3 pha hình 4.1 được cung cấp bởi nguồn 3 pha đối xứng 
thứ tự thuận, biết áp dây hiệu dụng UA=110∠0
0(V), Zd = Zn= j50(Ω); Z1 = 
100Ω; 
Z2= 300Ω. 
a. Xác định giá trị IA, IA1, IA2. 
b. Xác định số chỉ của dụng cụ đo. 
c. Tìm công suất P tiêu thụ trên tải Z1 và P tổn hao trên đường dây (Zd). 
65 
IA1 
IA2 
a b c 
Z2 Z2 Z2 
 A 
Hình 4.1 
Bài 4.2: Mạch điện 3 pha hình 4.2 được cung cấp bởi nguồn 3 pha đối xứng 
thứ tự thuận, biết áp dây hiệu dụng UA=100∠0
0(V), Zd= 25+j25Ω; Z2 = 
50+j50Ω; 
Z1= 150+j150Ω. 
a. Xác định giá trị IA, IA1, IA2. 
b. Xác định số chỉ của dụng cụ đo. 
c. Tìm công suất P tiêu thụ trên tải Z1 và P tổn hao trên đường dây 
(Zd). 
Zd IA 
A1 
IA2 Z1 
b 
Zd 
Z2 Z2 Z2 
 Zn 
 A2 
Hình 4.2 
IA Zd 
A 
Zd 
B 
Zd
C 
N 
Z1 
Z1 
Z1 
IA1 a 
Z1 
c 
Zd 
B 
A 
Z1 
C 
N 
66 
67 
GỢI Ý TRẢ LỜI VÀ KẾT QUẢ CÁC CÂU HỎI, BÀI TẬP 
CHƯƠNG 1: 
PHẦN 2.3.3 
Bài 1: 
 Dùng phép biến đổi tương đương điện trở và áp dụng định luật Ôm để 
tính. Kết quả: I = 16 A. 
Bài 2: 
 Xác định được: n =3; d = 2; c = 3. 
 Chọn 2 mạch vòng: Mạch vòng qua E1 có chiều thuận chiều kim đồng hồ, 
qua E2 ngược chiều kim đồng hồ. Sau đó, viết các định luật Kiếc Khốp 1 cho 
nút trên và Kiếc Khốp 2 cho 2 mạch vòng đã chọn: 
I1 - I2 + I3 = 0 
I1.R1 + I2.R2 = E1 
I2.R2 + I3.R3 = E2 
Thay số và giải hệ phương trình trên được: I1 = 10 A; I2 = 10 A; I3 = 10 A. 
Bài 3: 
 Dùng các định luật Kiếc Khốp để giải: 
Chọn chiều dòng điện trong các nhánh, chiều của 2 mạch vòng sao cho đúng với 
biểu thức của định luật Kiếc Khốp 1 cho nút trên và 2 mạch vòng như sau: 
I1 - I2 + I3 = 0 
I1.(R1 + R5) + I2.R2 = E1 + E2 
I2.R2 + I3.(R3 + R4) = E2 + E3 
 Thay giá trị mà đầu bài đã cho, giải hệ phương trình trên được: I1 = 18/13 A; 
I 2 = 3 A; I3 = 21/13 A. 
Bài 4: 
 Xác định được: n = 4, d = 2, c = 6. 
 Chọn chiều dòng điện trong các nhánh, chiều của 2 mạch vòng (không đi 
qua nguồn dòng) sao cho đúng với biểu thức của định luật Kiếc Khốp 1 cho nút 
trên và 2 mạch vòng như sau: 
I1 - I2 + I3 - 0,03 = 0 
10. I1 + 20. I2 = 0,4 
20. I2 + 40. I3 = 1 
 Giải hệ phương trình trên được: I1 = 0,02 A; I2 = 0,01 A; I3 = 0,02 A. 
PHẦN 3.3.3 
 Thực tế khi đấu ghép nguồn thành bộ, để đảm bảo độ bền của nguồn 
người ta thường tính toán để đảm bảo Iđmn ≈ 1,4 Iđmt , trong đó Iđmn là dòng điện 
định mức của nguồn cung cấp, Iđmt là dòng điện tiêu thụ định mức của tải. 
Trên cơ sở đó kết quả các bài tập như sau: 
68 
Bài 1: 
 Mắc nối tiếp 5 nguồn 12 V (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 2: 
 Mắc nối tiếp 4 nguồn 12 V (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 3: 
 Mắc nối tiếp 3 nguồn 20 V (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 4: 
 Mắc song song 20 nguồn 20 V (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 5: 
 Mắc song song 10 nguồn 12 V (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 6: 
 Mắc hỗn hợp: Mắc nối tiếp 5 nguồn 12 V để đủ điện áp định mức, sau đó 
mắc song song 8 bộ nguồn trên (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 7: 
 Mắc hỗn hợp: Mắc nối tiếp 4 nguồn 12 V để đủ điện áp định mức, sau đó 
mắc song song 10 bộ nguồn trên (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 8: 
 Mắc hỗn hợp: Mắc nối tiếp 3 nguồn 1,2 V để đủ điện áp định mức, sau đó 
mắc song song 4 bộ nguồn trên (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
Bài 9: 
 Mắc hỗn hợp: Mắc nối tiếp 8 nguồn 1,5 V để đủ điện áp định mức, sau đó 
mắc song song 10 bộ nguồn trên (Vẽ sơ đồ đấu ghép). 
PHẦN 4.1.2 
Bài 4.1.1: 
 Giải mạch điện được: I1 = 0,02 A; I2 = 0,01 A; I3 = 0,02 A. 
Bài 4.1.2: 
 Gọi dòng điện qua R = 4 Ω là I2, qua R = 1 Ω là I3; qua R = 3 Ω là I4; 
qua nguồn s.đ.đ là I1; điện áp tương ứng trên chúng là U2, U3, U4. Viết các 
phương trình định luật KI cho 3 nút và KU cho mạch vòng chứa nguồn s.đ.đ và 
các điện trở. Giải hệ phương trình tìm được: 
I2 = 3 A; I3 = -8 A; I4 = -6 A; U2 = 12V; U3 = 8V; U4 = 18V. 
Bài 4.1.3: 
 U1 = - 2V; công suất P = 2W. 
Bài 4.1.4: 
 I = E/150 A; U1 = E/3 V. 
Bài 4.1.5: 
 R = 0 Ω. 
PHẦN 4.2.2 
Bài 4.2.1: 
 Kết quả: I1 = 0,02 A; I2 = 0,01 A; I3 = 0,02 A. 
Bài 4.2.2: 
69 
 Quy ước dòng điện qua R = 4 Ω là I2, qua R = 1 Ω là I3; qua R = 3 Ω là 
I4; qua nguồn s.đ.đ là I1; điện áp tương ứng trên chúng là U2, U3, U4. Giải 
mạch điện, kết quả: 
I2 = 3 A; I3 = -8 A; I4 = -6 A; U2 = 12V; U3 = 8V; U4 = 18V. 
Bài 4.2.3: 
 U1 = - 2V; công suất P = 2W. 
Bài 4.2.4: 
 I = E/150 A; U1 = E/3 V. 
Bài 4.2.5: 
 Chọn mạch vòng theo chiều của I, gán cho dòng vòng Ic, viết phương 
trình và giải được R = 0 Ω. 
PHẦN 4.3.2 
Bài 4.3.1: 
 Giải mạch điện cho kết quả: I1 = 0,2A; I2 = 0,4A; I3 = 0,2A; I4 = 0,4A. 
Bài 4.3.2: 
 Chọn nút phía dưới mạch điện đề ra làm nút gốc. Gọi dòng điện qua R = 4 
Ω là I2, qua R = 1 Ω là I3; qua R = 3 Ω là I4; qua nguồn s.đ.đ là I1; điện áp 
tương ứng trên chúng là U2, U3, U4. Giải mạch điện có: 
I2 = 3 A; I3 = -8 A; I4 = -6 A; U2 = 12V; U3 = 8V; U4 = 18V. 
Bài 4.3.3: 
 Chọn nút phía dưới mạch điện đề ra làm nút gốc. Giải mạch điện có: 
I = 0,527A. 
Bài 4.3.4: 
 Chọn nút phía dưới mạch điện làm nút gốc (V = 0V) để giải. 
 Kết quả: I = E/150 A; U1 = E/3 V. 
 Bài 4.3.5: 
 Chọn nút phía dưới mạch điện làm nút gốc (V = 0V) để giải. 
 Kết quả: U0 = 6V; I = 1/3 A. 
PHẦN 4.4.3 
Bài 4.4.1: 
 Lần lượt triệt tiêu các nguồn theo nguyên lý xếp chồng; với từng nguồn 
độc lập, dùng biến đổi tương đương để giải. 
 Kết quả: I1 = 0,2A; I2 = 0,4A; I3 = 0,2A; I4 = 0,4A. 
Bài 4.4.2: 
 Quy ước dòng điện qua R = 4 Ω là I2, qua R = 1 Ω là I3; qua R = 3 Ω là 
I4; qua nguồn s.đ.đ là I1; điện áp tương ứng trên chúng là U2, U3, U4. Cho từng 
nguồn độc lập tác động theo nguyên lý xếp chồng. Kết quả: 
I2 = 3 A; I3 = -8 A; I4 = -6 A; U2 = 12V; U3 = 8V; U4 = 18V. 
Bài 4.4.3: 
 Kết quả: I = 0,527A. 
Bài 4.4.4: 
70 
 Quy ước chiều của các dòng I1; I2; I3 tương ứng trong các nhánh và cùng 
chiều với các nguồn s.đ.đ E1; E2; E3. 
Kết quả: I1 = 3,2 A; I2 = 6,4 A; I3 = 3,2 A 
Bài 4.4.5: 
 Kết quả: U0 = 6V; I = 1/3 A. 
CHƯƠNG 2: 
 Trả lời theo lý thuyết đã học theo thứ tự: Khái niệm (hoặc thí nghiệm), 
biểu thức tính toán, ý nghĩa các đại lượng, ví dụ ứng dụng. 
CHƯƠNG 3: 
PHẦN 1.8: 
Bài 3.1.1: 
 Imax = 102 A; I = 10A; Umax = 2002 V; U = 200V ; YU = -25
0; YI = -15
0; 
j = -100; Nhánh mang tính dung. 
Bài 3.1.2: 
 Biểu diễn như phần lý thuyết (khi biểu diễn bằng véc tơ nên chọn véc tơ 
gốc - 0O trùng với phương ngang). 
Bài 3.1.3: 
 I ≈ 2 A; UR = 114 V; UL = 200 V; cosj ≈ 0,57; P = 228 W; Q = 400 VAr. 
Bài 3.1.4: 
 Từ các giá trị đề ra, tính ra XL = 6283,2 Ω; Kết quả: U ≈ 2,4 V. 
Bài 3.1.5: 
 Tính giá trị XC ≈ 3183 Ω. Kết quả: I ≈ 4,5 mA; P = 20,25 mW; Q ≈ 64,46 
mVAr; UC ≈ 14 V; UR = 4.5 V. 
Bài 3.1.6: 
 I = 4 A; UR = 60V; UC = 80 V; U = 100 V; cosj ≈ 0,75; Q = 320 VAr. 
Bài .3.1.7: 
 Chú ý khi tính tổng trở: Dung kháng sẽ mang dấu âm, cảm kháng mang 
dấu dương. Kết quả: I = 52 A; IR = 5 A; Ix12 = 5 A; Ix3 = 10 A; P = 250W; Q = 
250 VAr; U = 50 V. 
Bài 3.1.8: 
 Khi tính toán, chú ý như bài 3.1.7. 
 Kết quả: UAB = 250 V; I1 = 62,5 A; I2 = 75 A; I ≈ 97,6 A. 
Bài 3.1.10: 
 Khi tính toán, chú ý như bài 3.1.7. 
 Kết quả: I = 20 A; I1 = 20 A; I2 = 40 A; UAB = 240 V. 
PHẦN 2.4.2: 
71 
Bài 1: 
 Mạch là mạch 3 pha đối xứng, nối sao có trung tính. 
 Kết quả: Ud = 1203 V; Id = Ip ≈ 0,67 A; Io = 0 A; P = 240 W. 
Bài 2: 
 Dựa trên mối quan hệ giữa các đại lượng dây và đại lượng pha trong mạch 
3 pha. Chú ý tải là thuần trở nên cosj = 1 
 Kết quả: Up ≈ 220 V; P ≈ 11,431 KW. 
Bài 3: 
 Id ≈ 41 A; Ip = 23,5 A; P = 24851,25 W; Q = 9940,5 VAr. 
Bài 4: 
 Ip = Id = 26,81 A; P = 20,760 W. 
Bài 5: 
 Tìm Q theo công thức:  = √ − 	 =	(


) − 		 
 Kết quả: Q ≈ 10,5 KVAr; Id = Ip = 59,5 A 
PHẦN 4: 
Bài 4.1: 
 IA =
√

Ð	− 45A 
 IA1 = IA2 =
√

Ð	− 45A 
 Mạch 3 pha đối xứng nên Ampe kế chỉ 0A. 
 Công suất tiêu thụ trên tải Z1: P1 = 242 W; Trên trở kháng đường dây Zd 
Pd = 0 W. 
Bài 4.2: 
 IA = √2	; IA1 = IA2 =
√

 
 Ampe A1 =  2 (A); A2 = 0(A); PZ1 = 12,5 (W); PZd = 50 (W) 
Bài 4.3: 
 Khi mở khóa K: Oát kế P chỉ 200 W; Ampe kế A chỉ 0 A. 
 Khi đóng khóa K: Oát kế P chỉ 400 W; Ampe kế A chỉ 0 A. 
Bài 4.4: 
 a. Z1 = 25 Ω 
 b. W1 = W2 = 8640 W, Ampe kế chỉ 9,295 A 
Bải 4.5: 
 a. IA = 0,707 A; IA1 =1 A; IA2 = 0,707 A; Ica = 0,408 A; 
 b. W1 = 55 W; W2 = 150 W; ampe kế A = 0 A; 
 c. PZ1 = 0 W; P Z2 = 50 W; P Zd = 5 W; 
72 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
- Đặng Văn Đào, Lê văn Doanh –Kỹ thuật điện – Nhà xuất bản Giáo dục – 1999 
- Hoàng Hữu Thận – Kỹ thuật điện đại cương – Nhà xuất bản Đại học và GDCN 
– 1991 
- Đặng Văn Đào, Lê văn Doanh – Giáo trình Kỹ thuật điện – Nhà XB Giáo dục 
– 2002. 
- Điện kỹ thuật (T1 và T2) - Nhà xuất bản Lao động Xã hội – 2004 
- Ngô Cao Cường - Mạch điện 1 - Trường Đại học dân lập kỹ thuật và công 
nghệ thành phố Hồ Chí Minh.