Giáo trình môn Mạch điện

 tổng trở các dây pha Zd.
Hình 5.2. Tải nối hình sao có Zd
Phương pháp tính toán vẫn như trên, nhưng lúc đó tổng trở các pha phải gồm cả tổng trở dây dẫn Zd.
	, , ,
c. Trường hợp 3: Khi tổng trở dây trung tính 	
Khi đó điểm trung tính của tải O’ trùng với điểm trung tính của nguồn O nên .
Điện áp trên các pha của tải bằng điện áp pha tương ứng của nguồn 
 ; ; .
Nhờ có dây trung tính nên điện áp pha trên tải vẫn đối xứng.
Đển tính dòng điện các pha ta áp dụng định luật Ohm cho từng pha riêng rẽ.
	 ; ; 
d. Trường hợp đặc biệt dây trung tính bị đứt hoặc không có dây trung tính.
Khi (hở mạch dây trung tính), tính theo công thức chung.
Điện áp có thể lớn, do đó điện áp trên các pha của tải khác điện áp pha của nguồn rất nhiều có thể gây nên quá áp ở một pha nào đó. 
1.1.2. Tải nối hình tam giác.
a. Trường hợp 1: Khi không xét đến tổng trở các dây dẫn pha.
	Điện áp đặt lên các pha của tải là điện áp dây của nguồn do đó dòng điện đi trong các pha của tải được xác định như sau:
Hình 5.3. Tải nối hình tam giác
	 , , 
Áp dụng định luật Kirchoff 1 ta tính được dòng điện dây:
	 , , 
b. Trường hợp 2: Khi kể đến tổng trở của dây dẫn pha.
	Biến đổi các tổng trở mắc hình tam giác thành hình sao:
	Giải mạch điện theo phương pháp điện áp hai nút để xác định dòng điện dây.
	Xác định điện áp pha, dòng điện pha của tải nối hình tam giác
1.2. Đồ thị tô pô.
Dùng đồ thị vecto, ta có thể biểu diễn các vòng và áp nhánh của mạch điện, trên đó, ta xác định được trị số và góc pha của từng đại lượng.
	Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, cần xác định điện áp của từng đoạn mạch, cũng như sự phân bố điện thế và điện áp trên sơ đồ, người ta dùng đồ thị Tôpô sẽ thuận tiện hơn nhiều.
	Đồ thị tôpô của mạch điện là đồ thị vecto điện thế của các điểm trên sơ đồ được đặt nối tiếp với nhau. Cách lập đồ thị tôpô như sau:
u~
b
R2
R1
L
C
a
d
e
c
i
e
+j
iR1
+1
a
c
b
uea
i
iR2
jXL
-jXC
Hình 5.4. Đồ thị tôpô
Bước 1: Đánh số ký hiệu các điểm trên sơ đồ, chia nhánh thành các phần nhánh, ví dụ các điểm a,b,c,d,e,
Bước 2: Xuất phát từ điểm cuối của nhánh (điểm e), coi như điểm có thế bằng không (), đặt tại gốc tọa độ. Điện thế điểm tiếp theo (điểm d) xác định theo sụt áp Ude:
Từ đó: 
Vecto đồng pha với , có điểm cuối e, điểm ngọn d xác định thế trên đồ thị tôpô.
Bước 3: Tiếp tục, trên đoạn dc có sụt áp Ucd: 
Suy ra: 
Vecto vượt trước một góc 900, có điểm cuối d, điểm ngọn c xác định thế trên đồ thị tôpô.
Bước 4: Cứ thế tiếp tục ta xác định các thế trên đồ thị tôpô.
 Ta có các nhận xét sau:
	- Đồ thị tôpô biểu diễn rõ ràng phức điện thế của các điểm trên sơ đồ so với điểm gốc (điểm e coi như có thế bằng không). Trên đồ thị tôpô, ta dễ dàng xác định điện áp giữa hai điểm bất kỳ trên mạch điện. Cụ thể là điện áp biểu diễn bởi vecto hướng từ c tới e.
	- Nếu đi hết một vòng kín, ta trở lại điểm xuất phát đồ thị tô pô được khép kín. Như vậy, mỗi mạch vòng trên sơ đồ ứng với một vòng kín trên đồ thị tôpô 
	Mỗi nút biểu thị một điện thế duy nhất trên đồ thị tôpô, do đó điểm đó sẽ là điểm giao nhau của các vòng kín biểu diễn thế của các mạch vòng chứa nút đó. Nói khác đi, mỗi nút của sơ đồ tương ứng với một nút trên đồ thị tôpô.
	Như vậy, đồ thị tôpô mô tả đầy đủ kết cấu hình học của mạch : số nút, số nhánh, số vòng, cách nối các phần tử đó.
1.3. Công suất mạng ba pha không đối xứng.
	Công suất tác dụng P: của mạch ba pha bằng tổng công suất tác dụng của các pha cộng lại. Gọi PA, PB, PC tương ứng là công suất tác dụng của pha A, B, C ta có:
	P = PA + PB + PC = UA IA cosjA + UB IB cosj + UC IC cosjC
	Công suất phản kháng Q của ba pha là tổng công suất phản kháng của các pha cộng lại:
Q = QA + QB + QC = UA IAsin jA + UB IBsin jB + UC ICsin jC 
	Công suất biểu kiến của ba pha là tổng công suất biểu kiến của các pha cộng lại:
S = SA + SB + SC = UA IA + UB IB + UC IC 
	Để đo công suất mạch điện ba pha không đối xứng ta dùng 3 oát kế để đo công suất từng pha. Công suất ba pha là: P3P = PA +PB + PC 
	Ta cũng có thể dùng hai oát kế nối dây theo sơ đồ trong sơ đồ này oát kế thứ nhất có điện áp dây UAC và dòng điện IA, còn oát kế thứ hai có điện áp dây UBC và dòng điện IB . Số chỉ của hai oát kế là:(*)
Mặt khác ,
Thế vào phương trình (*) ta có:
 mà 
	Suy ra	 
 Sơ đồ.
Mạch ba pha không đối xứng
A
B
C
O
W
*
*
W
*
*
W
*
*
Mạch ba pha không đối xứng
A
B
C
W
*
*
W
*
*
	5.5. Đo công suất mạch ba pha không đối xứng
2. Giải mạch xoay chiều có nhiều nguồn tác động. 
Mục tiêu: Giải được các bài toán trong mạch xoay chiều có nhiều nguồn tác động
2.1. Giải mạch xoay chiều bằng phương pháp dòng nhánh.
	Các bước thực hiện:
Bước 1: Xác định số nhánh m=?, số nút n=?, chọn chiều dương cho dòng điện các nhánh.
Bước 2: Viết phương trình Kirchooff 1 cho (n - 1) nút đã chọn.
Bước 3: Viết phương trình Kirchooff 2 cho (m - n +1) mạch vòng.
Bước 4: Lập và giải hệ phương trình Kirchooff ta tìm được dòng điện các nhánh.
Ví dụ 5.1: Cho mạch điện biết
	, 
	Tìm 
	Hình 5.6. Mạch điện ví dụ 5.1
Giải:
Bước 1: Mạch điện có m = 3, n = 2 
và chọn chiều dòng điện các nhánh 
Bước 2: Phương trình Kirchooff 1 cho n - 1 = 2 - 1 = 1 nút A.
	(1)
Bước 3: Phương trình Kirchooff 2 cho m - n +1= 3 - 2 +1 = 2 mạch vòng.
	(2)
	(3)
Bước 4: Hệ phương trình
Û
Û 
2.2. Giải mạch xoay chiêug bằng phương pháp dòng vòng.
Các bước thực hiện:
Bước 1: Xác định số nhánh m=?, số nút n=?, chọn chiều dương cho dòng điện mạch vòng.
Bước 2: Viết phương trình Kirchooff 2 cho (m-n+1) mạch vòng theo dòng điện mạch vòng.
Bước 3: Giải hệ phương trình Kirchooff 2.
Bước 4: Tính dòng điện trên các nhánh như sau: “Dòng điện trên nhánh là tổng đại số các dòng điện mạch vòng qua nhánh ấy”.
Ví dụ 5.2: Cho mạch điện biết
	, 
	Tìm 
	Hình 5.7. Mạch điện ví dụ 5.7
Giải:
Bước 1: Mạch điện có m = 3, n = 2 
và chọn chiều dòng điện mạch vòng 
Bước 2: Phương trình Kirchooff 2 cho m - n +1= 3 - 2 +1 = 2 mạch vòng.
Bước 3: Hệ phương trình
	Û
	Û3. Giải mạch có thông số nguồn phụ thuộc.	
Mục tiêu: Giải được các bài toán mạch điện có thông số nguồn phụ thuộc	
	Các nguồn độc lập tạo ra một điện áp hoặc dòng điện hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi phần còn lại của mạch, còn các nguồn phụ thuộc tạo ra một dòng điện hoặc điện áp phụ thuộc vào một dòng điện hoặc điện áp ở một nơi nào đó trong mạch.
	Các đầu vào ở bên trái tượng trưng điện áp hoặc dòng điện điều khiển nguồn phụ thuộc. Các đầu ra ở bên phải là dòng điện hoặc điện áp ra của nguồn bị điều khiển. Các hằng số r, g, a, b là các hệ số điều khiển.
3.1. Dạng nguồn áp phụ thuộc.
Ri1
u2
+
-
i1
+
-
a) Nguồn áp phụ thuộc dòng.(CCVS: Current Controlled Voltage Source)
Hình 5.8. Nguồn áp phụ thuộc dòng
Phần tử này phát ra điện áp u2 phụ thuộc vào dòng điện i1 theo hệ thức: u2=R.i1
Đơn vị đo của R là Ohm ( W )
b) Nguồn áp phụ thuộc áp.(VCVS: Votage Control Voltage Source)
u1
+
-
au1
u2
+
-
+
-
Hình 5.9. Nguồn áp phụ thuộc áp
Phần tử này phát ra điện áp u2: u2=a.u1
a: không có thứ nguyên
3.2. Dạng nguồn dòng phụ thuộc.
a) Nguồn dòng phụ thuộc áp.(VCCS: Voltage Controlled Current Source)
Gu1
i2
u1
+
-
Hình 5.10. Nguồn dòng phụ thuộc áp
Phần tử này phát ra dòng điện i2 phụ thuộc vào điện áp u1 theo hệ thức: i2 = G.u1 
Đơn vị đo của G là Siemen (S) hoặc mho ( 1/W )
i1
bi1
i2
b) Nguồn dòng phụ thuộc dòng.CCCS: Current Controlled Current Source)
Hình 5.11. Nguồn dòng phụ thuộc dòng
Phần tử này phát ra dòng điện i2 phụ thuộc vào dòng điện i1 theo hệ thức i2 = b.i1 
b: không có thứ nguyên
	Các nguồn phụ thuộc thường được dùng khi mô hình các linh kiện điện tử như transistor, op-amp... và các mạch điện tử chứa chúng.
* Các nguồn phụ thuộc thường được dùng khi mô hình các linh kiện điện tử như transistor, op-amp... và các mạch điện tử chứa chúng.
B
E
E
C
Ro
β.RE
β.IB
IB
Ví dụ: Mô hình đơn giản của một mạch điện tử khuếch đại tín hiệu dùng transisto
Hình 5.12. Mạch khuếch đại tín hiệu dùng transistor
THỰC HÀNH TẠI XƯỞNG
Nội dung:
	Lắp ráp, kiểm tra, đo đạc các thông số của mạch điện xoay chiều ba pha đối xứng, không đối xứng.
Hình thức tổ chức thực hiện:
	Được tổ chức thực hành tại xưởng thực tập.
	Sinh viên quan sát thao tác mẫu của giáo viên.
	Thực tập theo nhóm từ 2 đến 4 sinh viên.
1. Thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình sao. 
* Vật tư, thiết bị:
STT
Vật tư, thiết bị
Số lượng
1
Công tắc
04
2
Ampe kế 0 ¸ 5A
03
3
Vôn kế xoay chiều 0 ¸ 250V
04
4
Bóng đèn
12
5
Biến áp tự ngẫu ba pha 0 ¸ 250 V - 10A
01
6
Dây nối
A
A
A
V
V
V
V
A
B
C
O
O'
a. Sơ đồ.
	Hình 5.13. Sơ đồ thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình sao
b. Các bước thực hiện:
Bước 1: Kiểm tra thiết bị.
Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ.
Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ.
Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch.
Bước 5: Tiến hành đo đạc và tính toán. 
Lấy các số liệu ghi vào bảng kết quả trong hai trường hợp:
Trường hợp 1: Mạch có dây trung tính.	
1) Tải đều có dây trung tính.
2) Tải không đều có dây trung tính ( rút bớt bóng đèn ở 1 pha).
3) Bố trí tải đều nhưng đứt 1 dây pha (rút cầu chì ở 1 pha bất kì).
Chế độ tải
Kết quả đo
Kết quả tính
UA (V)
UB (V)
UC (V)
UAB (V)
UBC (V)
UCA (V)
IA (A)
IB (A)
IC (A)
I0 (A)
U0 (V)
PA (W)
PB (W)
PC (W)
P (W)
1
2
3
Trường hợp 2: Mạch không có dây trung tính.	
1) Tải đều ba pha.
2) Tải không đều ba pha (rút bớt một bóng đèn ở 1 pha).
3) Bố trí tải đều nhưng đứt 1 dây pha (rút cầu chì ở 1 pha bất kì).
4) Ngắn mạch một pha khi tải đều (nối tắt một pha tải).
Chế độ tải
Kết quả đo
Kết quả tính
UA (V)
UB (V)
UC (V)
UAB (V)
UBC (V)
UCA (V)
IA (A)
IB (A)
IC (A)
U0 (V)
PA (W)
PB (W)
PC (W)
P (W)
1
2
3
Yêu cầu tính toán: Dựa các công thức đã học trong giáo trình, tính kết quả theo yêu cầu ở bảng trên.
c. Nhận xét, so sánh và kết luận.
Xây dựng biểu đồ vecto điện áp và dòng điện đối với các chế độ làm việc của tải.
Lưu ý: khi tiến hành nếu thiếu dụng cụ đo, ta tiến hành đo từng pha, từng dây.
2. Thí nghiêm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình tam giác. 
* Vật tư, thiết bị:
STT
Vật tư, thiết bị
Số lượng
1
Công tắc
03
2
Ampe kế 0 ¸ 5A
06
3
Vôn kế xoay chiều 0 ¸ 250V
03
4
Bóng đèn
12
5
Biến áp tự ngẫu ba pha 0 ¸ 250 V - 10A
01
6
Dây nối
A
A
A
V
V
V
A
B
C
A
A
A
a. Sơ đồ.
	Hình 5.14. Sơ đồ thí nghiệm mạch ba pha phụ tải ba pha nối hình tam giác
b. Các bước thực hiện:
Bước 1: Kiểm tra thiết bị.
Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ.
Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ.
Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch.
Bước 5: Tiến hành đo đạc và tính toán. 
Lấy số liệu rồi ghi vào bảng kết quả trong các trường hợp sau:
1) Tải đều ở ba pha.
2) Tải không đều ở ba pha (bớt một bóng đèn ở một pha).
3) Tải đều ba pha nhưng đứt một dây cung cấp điện (rút bớt 1 cầu chì).
4) Tải đều ở ba pha nhưng đứt một pha tải (hở mạch một pha tải bất kì).
Chế độ tải
Kết quả đo
Kết quả tính
UA (V)
UB (V)
UC (V)
UAB (V)
UBC (V)
UCA (V)
IA (A)
IB (A)
IC (A)
U0 (V)
PA (W)
PB (W)
PC (W)
P (W)
1
2
3
Yêu cầu tính toán: Dựa các công thức đã học trong giáo trình, tính kết quả theo yêu cầu ở bảng trên.
c. Nhận xét, so sánh và kết luận.
Xây dựng biểu đồ vecto điện áp và dòng điện đối với các chế độ làm việc của tải.
Lưu ý: khi tiến hành nếu thiếu dụng cụ đo, ta tiến hành đo từng pha, từng dây.
3. Thí nghiệm đo công suất mạch điện ba pha. 
* Vật tư, thiết bị:
STT
Vật tư, thiết bị
Số lượng
1
Công tắc
04
2
Ampe kế 0 ¸ 5A
03
3
Vôn kế xoay chiều 0 ¸ 250V
01
4
Woát kế 1 pha 0 ¸ 1 KW
01
5
Biến áp tự ngẫu ba pha 0 ¸ 250 V - 10A
01
6
Bóng đèn
12
7
Dây nối
a. Sơ đồ.
Mạch ba pha đối xứng
A
B
C
O
W
*
*
	Mạch ba pha đối xứng có công suất như nhau ở các pha, ta chỉ cần đo công suất một pha rồi nhân 3 thì ra công suất ba pha:
	P3P = 3.P1P = 3.W
	W: số chỉ của oát kế một pha
	Hình 5.14. Sơ đồ đo công suất mạch ba pha đối xứng
b. Các bước thực hiện:
Bước 1: Kiểm tra thiết bị.
Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ.
Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ.
Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch.
Bước 5: Tiến hành đo đạc và tính toán. 
Lấy các số liệu ghi vào bảng kết quả trong hai trường hợp:
Thứ tự
Kết quả đo
Kết quả tính
Lần 1
P3pha
P3pha
Lần 2
* Đo công suất mạch điện ba pha không đối xứng.	
	- Để đo công suất mạch điện ba pha không đói xứng ta dùng 3 oát kế để đo công suất từng pha. Công suất ba pha là: P3P = PA +PB + PC 
	- Ta cũng có thể dùng hai oát kế nối dây theo sơ đồm trong sơ đò này oát kế thứ nhất có điện áp dây UAC và dòng điện IA , còn oát kế thứ hai có điện áp dây UBC và dòng điện IB . Số chỉ của hai oát kế là:(*)
Mặt khác ,
Thế vào phương trình (*) ta có:
 mà 
	Suy ra	 
a. Sơ đồ.
Mạch ba pha không đối xứng
A
B
C
O
W
*
*
W
*
*
W
*
*
Mạch ba pha không đối xứng
A
B
C
W
*
*
W
*
*
b. Các bước thực hiện:
Bước 1: Kiểm tra thiết bị.
Bước 2: Lắp ráp mạch theo sơ đồ.
Bước 3: Kiểm tra mạch theo sơ đồ.
Bước 4: Cấp nguồn xoay chiều cho mạch.
Bước 5: Tiến hành đo đạc và tính toán. 
Lấy các số liệu ghi vào bảng kết quả trong hai trường hợp:
Thứ tự
Kết quả đo
Kết quả tính
Lần 1
P3pha
P3pha
Lần 2
Câu hỏi và bài tập
5.1. Các biểu thức của công suất P, Q, S trong mạch ba pha không đối xứng.
5.2. Vai trò của dây trung tính trong mạch điện ba pha tải không đối xứng.
5.3. Một mạng điện 3 pha 4 dây 380V/220V cung cấp điện cho 60 đèn phóng điện cao áp công suất đèn P = 250W; công suất chấn lưu 25W, hệ số công suất cosj = 0,85 (các đèn đã được bù), điện áp đèn Uđm = 220V.
	Đèn được phân đều cho 3 pha.
a. Xác định dòng điện dây khi cả 3 pha đều làm việc bình thường. Tính dòng điện trong dây trung tính I0.
b. Khi đèn pha A bị cắt điện. Xác định dòng điện dây IB, IC dòng điện I0 trong dây trung tính khi các đèn pha B và C làm việc bình thường.
c. Khi đèn pha A và đèn pha B bị cắt điện. Xác định dòng điện IC và dòng điện I0 trong dây trung tính khi đèn pha C làm việc bình thường.
Đáp số: 
a. IA = IB = IC = Id = 29,4A; I0 = 0
b. IB = IC = 29,4A không đổi; I0 = 29,4A
c. IC = 29,4A không đổi; I0 = 29,4A
5.4. Một mạng điện 3 pha 4 dây 380V/220V, các tải một pha nói giữa dây pha và dây trung tính. Tải pha A và pha B thuần trở RA = RB = 10W; tải pha C là cuộn dây RC = 5W; XL = 8,666W. Tính dòng điện các pha IA, IB, IC và dòng điện trong dây trung tính I0.
Đáp số: IA = IB = IC = 22A; I0 = 22A
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Thị Cư (chủ biên), Mạch điện 1, NXB Giáo dục, 1996.
[2] Hoàng Hữu Thận, Cơ sở Kỹ thuật điện, NXB Giao thông vận tải, 2000.
[3] Nguyễn Bình Thành, Cơ sở lý thuyết mạch điện, Đại học Bách khoa Hà Nội, 1980.
[4] Hoàng Hữu Thận, Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1976.
[5] Hoàng Hữu Thận, Bài tập Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1980.
[6] Phạm Thị Cư, Bài tập mạch điện 1, Trường Đại học Kỹ thuật TPHCM, 1996.
[7] Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện Lý thuyết và 100 bài giải, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1995.
[8] PGS.TS Lê Văn Bảng, Giáo trình lý thuyết mạch điện, NXB giáo dục, 2005.