Bài giảng môn Kỹ thuật điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG 
2014 
BÀI GIẢNG MÔN HỌC 
KỸ THUẬT ĐIỆN 
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ 
ThS. Phạm Văn Anh 
Thời lượng: 30 tiết 
Bậc học: Đại học 
 Quảng Ngãi, tháng 12 năm 2014 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 1 
LỜI NÓI ĐẦU 
Ở nước ta hiện nay, công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang bước vào giai đoạn 
phát triển mạnh mẽ. Trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là cơ khí – tự động hóa có nhiều 
bước phát triển vượt bậc, góp phần củng cố và xây dựng cơ sở vật chất hạ tầng cho 
nền kinh tế. 
Góp phần vào những nỗ lực này, các cán bộ, giảng viên và toàn thể các sinh 
viên của đại học Phạm Văn Đồng cũng đang từng bước đổi mới, nâng cao trình độ 
chuyên môn, nhằm tạo ra những bước chuyển lớn trong đào tạo và nâng cao chất 
lượng tạo. 
Từ những yêu cầu trên, tác giả đã biên soạn bài cuốn bài giảng này nhằm làm 
tài liệu học tập cho các lớp chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí tại Đại học Phạm Văn 
Đồng. Tài liệu này được sử dụng cho sinh viên các lớp đại học tín chỉ với thời lượng 
30 tiết. Tôi hy vọng đây sẽ là tài liệu thiết thực cho các bạn sinh viên. 
Trong quá trình biên soạn, chắc chắn tài liệu không tránh khỏi có những sai sót. 
Mọi góp ý xin gửi về địa chỉ Phạm Văn Anh - Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ - Trường 
Đai học Phạm Văn Đồng hoặc thư điện tử: pvanh@pdu.edu.vn. Xin chân thành cảm 
ơn. 
 Tác giả 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 2 
CHƯƠNG 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 
Mục tiêu 
 Mục tiêu của chương này giúp sinh viên nắm được các khái niệm cơ bản về 
mạch điện, kết cấu hình học của một mạch điện, các thông số cơ bản khi xem xét một 
mạch điện. Phần cuối của chương giúp sinh viên nắm được hai định luật Kirchoff, 
đây là những định luật cơ bản và là công cụ để giải các bài toán về mạch điện ở các 
chương tiếp theo. 
1.1. Những khái niệm cơ bản về mạch điện 
1.1.1. Mạch điện: là tập hợp các thiết bị điện nối với nhau bằng các dây dẫn (phần tử 
dẫn) tạo thành những vòng kín trong đó dòng điện có thể chạy qua. Mạch điện thường 
gồm các loại phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải), dây dẫn. Ví dụ một mạch điện 
trong hình 1.1. Mạch điện bao gồm một nguồn điện AC, một bóng đèn, một động cơ 
điện và dây dẫn. 
AC M
Nguồn điện Bóng đèn Động cơ điện
A
B
a
b
c
Dây dẫn
1
2
3
Hình 1.1 
1.1.2. Nguồn điện: Nguồn điện là thiết bị phát ra điện năng. Về nguyên lý, nguồn 
điện là thiết bị biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng thành 
điện năng. 
1.1.3. Tải: Tải là các thiết bị tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng thành các dạng 
năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, quang năng v 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 3 
1.1.4. Dây dẫn: Dây dẫn làm bằng kim loại (đồng, nhôm ) dùng để truyền tải điện 
năng từ nguồn đến tải. 
1.2. Kết cấu hình học của mạch điện 
1.2.1. Nhánh: Nhánh là một đoạn mạch gồm các phần tử ghép nối tiếp nhau, trong 
đó có cùng một dòng điện chạy từ đầu này đến đầu kia. 
1.2.2. Nút: Nút là điểm gặp nhau của từ ba nhánh trở lên. 
1.2.3. Vòng: Vòng là lối đi khép kín qua các nhánh. 
1.2.4. Mắt lưới: Vòng mà bên trong không có vòng nào khác 
Ví dụ: Mạch điện trên hình 1.1 có 3 nhánh, 2 nútA, B và 3 vòng a, b, c. 
1.3 Các đại lượng đặc trưng trong mạch điện 
1.3.1. Dòng điện 
Dòng điện i về trị số bằng tốc độ biến thiên của lượng điện tích q qua tiết diện 
ngang một vật dẫn: i = dq/dt 
Chiều dòng điện quy ước là chiều chuyển động của điện tích dương trong điện 
trường. 
1.3.2. Điện áp 
Hiệu điện thế (hiệu thế) giữa hai điểm gọi là điện áp. Điện áp giữa hai điểm A 
và B là: tututu BAAB (1.1) 
Chiều điện áp quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế 
thấp. 
1.3.3. Chiều dương dòng điện và điện áp 
Khi giải mạch điện, ta tùy ý vẽ chiều dòng điện và điện áp trong các nhánh gọi 
là chiều dương. Kết quả tính toán nếu có trị số dương, chiều dòng điện (điện áp) trong 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 4 
nhánh ấy trùng với chiều đã vẽ, ngược lại, nếu dòng điện (điện áp) có trị số âm, chiều 
của chúng ngược với chiều đã vẽ. 
1.3.4. Nguồn điện áp và nguồn dòng điện 
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 ký hiệu như trong hình .12a. Nguồn điện áp còn 
được đặc trương bởi một suất điện động e(t) (hình 1.2b). 
Chiều e (t) từ điểm điện thế thấp đến điểm điện thế cao. Chiều điện áp theo 
quy ước từ điểm có điện thế cao đến điểm điện thế thấp. 
 u t e t (1.2) 
Trong (1.2) dấu “-” thể hiện sự trái dấu giữa u và e. 
e(t)u(t)
a b
i(t)
c
Hình 1.2 
Nguồn dòng điện i (t) đặc trưng cho khả năng của nguồn điện tạo nên và duy 
trì một dòng điện cung cấp cho mạch ngoài. Ký hiệu nguồn dòng được thể hiện ở 
hình 1.2c. 
1.3.5. Điện trở 
` Điện trở R đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và biến đổi điện năng sang 
dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng vĐơn vị của điện trở 
là Ω (ôm). 
R
uR(t)
i(t)
Hình 1.3 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 5 
Điện dẫn G: G = 1/R. Đơn vị điện dẫn là Simen (S). Điệ ... n ab sức điện động có chiều từ b đến a. Trên thanh dẫn cd chiều 
sức điện động từ d đến c. 
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của hai thanh dẫn phần tử và hai 
phiến góp thay đổi cho nhau. Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều nhưng chiều 
dòng điện ở mạch ngoài không đổi. 
Cổ góp và chổi than đóng vai trò bộ chỉnh lưu dòng điện I ra tải có chiều không 
đổi. Phương trình cân bằng điện áp: 
U = Eư –Rư Iư (5.15) 
Rư là điện trở dây quấn phần ứng; U là điện áp hai đầu cực máy ; Eư là sức 
điện động phần ứng. 
2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 
Hình 5.30 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. 
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và 
2, trong dây quấn phần ứng có dòng điện (hình 5.3.2.2 ) 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 62 
Hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho 
rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái. 
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí hai thanh dẫn và hai phiến góp 1 và 
2 đổi chổ cho nhau, đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn và chiều lực tác dụng 
không đổi cho nên động cơ có chiều quay không đổi 
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và sinh ra sức điện động cảm 
ứng Eư trong dây quấn rôto 
Phương trình điện áp động cơ điện một chiều: 
U = Eư + Rư Iư (5.16) 
5.3.4 Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều 
Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ 
gây ra gọi là từ trường cực từ (hình 5.3.4) 
Từ trường cực từ phân bố đối xứng, ở đường trung tính hình học mn 
Ở đường trung tính hình học có cường độ từ cảm B = 0, thanh dẫn chuyển động 
qua đó không cảm ứng sức điện động . 
Khi máy điện có tải, dòng điện Iư trong dây quấn phần ứng (rôto) sinh ra từ 
trường phần ứng .Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản 
ứng phần ứng. Từ trường trong máy là từ trường tổng hợp của từ trường cực từ và từ 
trường phần ứng . 
Hậu quả của phản ứng phần ứng 
a. Từ trường trong máy bị biến dạng. Đường trung tính hình học mn đến vị trí 
mới gọi là trung tính vật lý m’n’ với góc lệch thường nhỏ và lệch theo chiều quay của 
rôto khi là máy phát điện, và ngược chiều quay của rôto khi là động cơ điện. 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 63 
 Hình 5.31 Từ trường máy điện một chiều 
b. Khi tải lớn, dòng điện phần ứng lớn, từ trường phần ứng lớn, từ thông φ của 
máy bị giảm xuống, kéo theo sức điện động phần ứng Eư giảm, điện áp máy phát U 
giảm. Ở chế độ động cơ, từ thông giảm làm cho mômen quay giảm, và tốc độ động 
cơ thay đổi 
Để khắc phục hậu quả trên, người ta dùng cực từ phụ và dây quấn bù. Từ 
trường cực từ phụ và dây quấn bù ngược chiều với từ trường phần ứng nhằm triệt tiêu 
từ trường phần ứng. 
Câu hỏi ôn tập 
Câu 1. Tổn hao công suất của máy biến áp chủ yếu là tổn hao gì? 
Câu 2. Một máy biến áp một pha có các thông số dây sơ cấp và thứ cấp như sau: 
 58.01R ,  4.41X ,  03.02R ,  42.02X . Thí nghiệm không tải của máy cho 
các kết quả sau: VU 202101 , VU 660020 , AI 3.120 , WP 266000 . Tính các thông 
số thay thể của máy biến áp. 
Câu 3. Nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha? 
Câu 4. Hệ số trượt là gì? Tại sao tồn tại hệ số trượt trong động cơ không đồng bộ? 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 64 
Câu 5. Nêu các biện pháp có thể để điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ ba 
pha. 
Câu 6. Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ. 
Câu 7. Nêu cách mở máy động cơ điện đồng bộ ba pha công suất lớn. 
Câu 8. Trình bày nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. 
Câu 9. Nêu các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều. 
Câu 10. Một máy phát điện kích từ song song, công suất định mực kWPđm 25 , điện 
áp định mức VUđm 115 , có các thông số sau: điện trở dây quấn kích từ song song 
 5.12ktR , điện trở dây quấn phần ứng  0238.0uR , số đôi nhánh a=2, số đôi cực 
p=2, số thanh dẫn N=300, tốc độ quay n=1300 vòng/phút. Xác định sức điện động 
uE , từ thông  . 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 65 
Tài liệu tham khảo 
[1]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (2006), Kỹ thuật điện, NXB Giáo Dục. 
[2]. Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (2009), Bài tập Kỹ Thuật Điện, NXB Giáo Dục. 
[3]. Christopher R Robertson (2008), Fundamental Electrical and Electronic 
Principles, Published by Elsevier Ltd. 
[4]. John Bird (2007), Electrical and Electronic Principles and Technology, Published 
by Elsevier Ltd. 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 66 
MỤC LỤC 
CHƯƠNG 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN ...................................... 2 
1.1. Những khái niệm cơ bản về mạch điện ...................................................................... 2 
1.1.1. Mạch điện ............................................................................................................ 2 
1.1.2. Nguồn điện ........................................................................................................... 2 
1.1.3. Tải ........................................................................................................................ 2 
1.1.4. Dây dẫn ................................................................................................................ 3 
1.2. Kết cấu hình học của mạch điện ................................................................................. 3 
1.2.1. Nhánh ................................................................................................................... 3 
1.2.2. Nút ....................................................................................................................... 3 
1.2.3. Vòng ..................................................................................................................... 3 
1.2.4. Mắt lưới ............................................................................................................... 3 
1.3 Các đại lượng đặc trưng trong mạch điện .................................................................... 3 
1.3.1. Dòng điện ............................................................................................................. 3 
1.3.2. Điện áp ............................................................................................................. 3 
1.3.3. Chiều dương dòng điện và điện áp ...................................................................... 3 
1.3.4. Nguồn điện áp và nguồn dòng điện ..................................................................... 4 
1.3.5. Điện trở ................................................................................................................ 4 
1.3.6. Điện cảm L ........................................................................................................... 5 
1.3.7. Điện dung C ......................................................................................................... 6 
1.3.8. Công suất ............................................................................................................. 7 
1.4. Các định luật Kirchoff ................................................................................................ 7 
1.4.1. Định luật Kirchoff 1 ............................................................................................. 7 
1.4.2. Định luật Kirchhoff 2 ........................................................................................... 8 
CHƯƠNG 2. DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN ............................................................................... 10 
2.1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều hình sin ............................................................ 10 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 67 
Dòng điện xoay chiều có thể được mô tả dưới dạng hàm số sin, hoặc qui về dạng hàm số 
sin được gọi là dòng điện hình sin. ...................................................................................... 10 
2.1.1. Các đại lượng đặc trưng cho dòng điện hình sin ............................................... 10 
2.1.2. Trị số hiệu dụng của dòng điện hình sin ............................................................ 11 
2.2. Biểu diễn đại lượng xoay chiều bằng vectơ .............................................................. 11 
2.3. Biểu điễn đại lượng xoay chiều hình sin bằng ảnh phức .......................................... 12 
2.3.1. Kí hiệu của đại lượng phức ................................................................................ 12 
2.3.2. Một số phép tính đối với số phức ...................................................................... 13 
2.3.3. Tổng trở phức và tổng dẫn phức ........................................................................ 13 
2.3.4. Các định luật dưới dạng phức ............................................................................ 14 
2.4. Mạch điện thuần điện trở .......................................................................................... 14 
2.5. Mạch điện thuần điện cảm ........................................................................................ 15 
2.6. Mạch điện thuần điện dung ....................................................................................... 16 
2.7. Mạch điện R- L- C mắc nồi tiếp ............................................................................... 17 
2.8. Công suất trong mạch điện hình sin .......................................................................... 18 
2.8.1. Công suất tác dụng P ......................................................................................... 18 
2.8.2. Công suất phản kháng Q .................................................................................... 19 
2.8.3. Công suất biểu kiến S ................................................................................. 19 
2.9. Cộng hưởng điện áp và nâng cao hệ số cosφ ............................................................ 19 
CHƯƠNG 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN ................................................. 22 
3.1. Phương pháp biến đổi mạch điện .............................................................................. 22 
3.1.1 Mắc nối tiếp ........................................................................................................ 22 
3.1.2. Mắc song song ................................................................................................... 22 
3.1.3. Biến đổi sao - tam giác (Y - ∆) và tam giác – sao ( ∆ -Y) ................................. 23 
3.2. Phương pháp dòng điện nhánh ................................................................................. 24 
3.3. Phương pháp dòng điện vòng ................................................................................... 25 
3.4. Phương pháp điện thế hai nút ................................................................................... 27 
3.5. Phương pháp xếp chồng ............................................................................................ 29 
CHƯƠNG 4. MẠCH ĐIỆN BA PHA ................................................................................. 32 
4.1. Khái niệm chung về mạch điện 3 pha ....................................................................... 32 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 68 
4.2. Mạch điện 3 pha đối xứng nối sao sao (Y-Y) ........................................................... 33 
4.2.1. Cách nối ............................................................................................................. 34 
4.2.2. Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha ............................................................. 34 
4.2.3. Giải mạch điện ba pha tải nối hình sao đối xứng ................................. 34 
4.3. Mạch điện 3 pha đối xứng nối tam giác - tam giác ( - ) ......................................... 35 
4.3.1. Cách nối ............................................................................................................. 35 
4.3.2. Các quan hệ giữa đại lượng dây và đại lượng pha ............................................. 35 
4.3.3. Giải mạch điện ba pha tải nối tam giác .............................................................. 36 
4.4. Mạch điện 3 pha nối phức tạp ................................................................................... 37 
4.4.1 Giải mạch điện ba pha tải nổi hình sao không đối xứng ..................................... 37 
CHƯƠNG 5. ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ..................................................................... 41 
5.1 Máy biến áp ............................................................................................................... 41 
5.1.1 Khái niệm chung về máy biến áp ........................................................................ 41 
5.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp ................................................. 42 
5.1.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp ................................................................. 43 
5.2 Máy điện không đồng bộ ........................................................................................... 45 
5.2.1 Khái niệm chung ................................................................................................. 45 
5.2.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ ....................................................................... 45 
5.2.3 Từ trường của máy điện không đồng bộ ............................................................. 48 
5.2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ................................................ 52 
5.3 Máy điện đồng bộ ...................................................................................................... 53 
5.3.1 Đại cương ............................................................................................................ 53 
5.3.2 Cấu tạo máy điện đồng bộ .................................................................................. 53 
5.3.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ................................................. 55 
5.3.4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ ................................................. 56 
5.3.5. Động cơ điện đồng bộ ........................................................................................ 57 
5.3 Máy điện 1 chiều ........................................................................................................ 59 
5.3.1 Cấu tạo máy phát điện một chiều ........................................................................ 59 
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN 
Trang 69 
5.3.2 Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều ...................................................... 60 
5.3.4 Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều ...................................................... 62 
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................... 65 
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 66