1
LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT ĐIỆN
THIẾT KẾ - MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN - PHÂN TÍCH
TRÊN PHẦN MỀM CIRCUITMAKER PRO VÀ
MATLAB
eBook for You
2
NỘI DUNG
Chương 1: 7
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 7
1.1. Khái niệm về mạch điện 7
1.2. Kết cấu hình học của mạch điện 7
1.3. Các đại lượng đặc trưng cho quá trình năng lượng trong mạch: 7
a) Dòng điện: 7
b) Điện áp: 7
c) Quy ước chiều dương: 8
d) Công suất: 8
1.4. Mô hình mạch điện và các thông số: 8
a) Khái niệm về mô hình mạch điện 8
b) Nguồn áp 9
c) Nguồn dòng 9
d) Điện trở R 9
e) Điện cảm 9
f) Điện dung 10
g) Ví dụ chuyển từ mạch thực sang mô hình mạch điện 11
1.5. Phân loại và các chế độ làm việc của mạch điện 12
a) Mạch điện 1 chiều và mạch điện xoay chiều 12
b) Mạch điện tuyến tính và mạch điện phi tuyến 12
c) Chế độ xác lập và chế độ quá độ 12
d) Phân loại bài toán mạch điện 13
1.6. Hai định luật kiếchốp 13

Chương 3: 28
ĐIỆN TỪ 28
3.1 Những khái niệm cơ bản về từ trường 28
3.1.1 Từ trường của dòng điện 28
3.1.2 Từ trường của một số dòng điện. 29
a) Từ trường của một dây dẫn mang dòng điện 29
eBook for You
4
c) Từ trường của nam châm vĩnh cửu. 29
3.1.3 Cường độ từ cảm và hệ số từ thẫm 30
a) Cường độ từ cảm 30
b) Hệ số từ thẩm 30
c) Từ thông 31
3.2 Lực của từ trường tác dung lên dây dẫn mang dòng điện 31
a) Lực điện từ 31
b) Công của lực từ: 32
3.3 Vật liệu sắt từ, đường cong từ hoá 32
3.3.1 Căn cứ vào hệ số từ thẩm tương đối người ta chia vật liệu từ làm ba loại
như sau: 32
3.3.2 Chu trình từ hoá 33
3.4 Hiện tượng cảm ứng điện từ - mạch từ. 34
3.4.1 Định luật cảm ứng điện từ 34
a) Từ thông qua vòng dây biến thiên 34
b) Thanh dẫn chuyển động trong từ trường 35
3.5 Nguyên tắc chuyển đổi cơ năng - điện năng 36
3.5.1 Chuyển đổi cơ năng thành điện năng- máy phát điện 36
3.5.2 Chuyển đổi điện năng thành cơ năng -động cơ điện 37
3.6 Hiện tượng tự cảm 37
3.6.1 Hệ số tự cảm 37
3.6.2 Suất điện động tự cảm 38

1. Công suất tác dụng. 52
2. Công suất phản kháng 52
3. Công suất biểu kiến 52
5.7 Cách giải mạch điện ba pha đối xứng 53
5.7.1 Nguồn nối sao đối xứng 53
5.7.2 Nguồn nối tam giác đối xứng 53
5.7.3 Giải mạch điện ba pha tải nối sao đối xứng. 53
a) Khi không xét tổng trở đường dây pha 53
eBook for You
6
b) Khi có xét tới tổng trở dây dẫn 54
5.7.4 Tải nối tam giác đối xứng 54
a) Khi không xét tổng trở đường dây. 54
b) Khi xét đến tổng trở đường dây: 54
5.8 Mạch điện ba pha với tải không đối xứng 55
5.8.1 Tải nối sao có dây trung tính tổng trở Z
0
55
5.8.2 Khi không có dây trung tính( hoặc dây trung tính bị đứt) 56
5.9 Mach ba pha tải nối tam giác không đối xứng 56
Chương 6: 57
SỬ DỤNG PHẦN MỀM CIRCUITMAKER PRO ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ
PHỎNG MẠCH ĐIỆN 57
6.1.Khởi động 57
6.2.Thiết kế và mô phỏng mạch điện 1 chiếu: 57
6.2.1. Thiết kế 57
Bước 7: Ghi lại sơ đồ mạch: chọn File/ Save As sau đó đặt tên file 64
Bước 8: Xoá phần tử: Nếu muốn xoá phần tử nào chọn phần tử đó và ấn Delete64
62.2.Mô phỏng: 64
Chương 7: 66

i
dt
=
− Chiều dương quy ước cho dòng điện là chiều chuyển động của các
điện tích dương.
R
A
Bi
U
AB
b) Điện áp:
eBook for You
8
− Tại mỗi điểm trên mạch điện có một điện thế. Hiệu điện thế giữa
hai điểm gọi là điện áp.
− Chiều của điện áp là chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện áp
thấp.
c) Quy ước chiều dương:
− Đối với mạch điện đơn giản ta áp dụng quy ước chiều dương dòng
và áp ta dễ ràng xác định được dòng điện và điện áp trong các
nhánh
− Đối với mạch điện phức tạp , ta không thể xác định ngay được dòng
điện và điện áp của các nhánh, đặc biệt là đối với dòng xaoy chiều.
Vì vậy khi giải mạch ta tuỳ ý chọn giả sử chiều dương cho dòng
điện và điện áp. Dựa trên cơ sở chiều đã vẽ ta thiết lập hệ phương
trình giải mạch điện. Nếu sau khi ta tính toán thấy các đại lượng
mang dấu dương tức là chiều của chúng cùng chiều đã vẽ và ngược
lại.
d) Công suất:
− Trong một mạch điện , một nhánh, một phần tử có thể nhận năng

→
Đó là những phần tử đặc trưng cho một quá trình điện từ nào đó
trong mạch.
b) Nguồn áp
− Đặc trưng: cho khả năng tạo nên và duy trì 1 điện áp trên 2 cực của
nguồn
− Ký hiệu:
+ Chiều sức điện động e(t) từ điểm có điện thế thấp đến điểm
có điện thế cao
+ Chiều điện áp theo quy ước là chiều từ điểm có điện thế cao
đến điểm có điện thế thấp
+ u(t)= - e(t)
c) Nguồn dòng
− Đặc trưng cho khả năng tạo nên và duy trì 1 dòng điện cung cấp
cho mạch ngoài.
− Ký hiệu:
d) Điện trở R
− Đặc trưng cho quá trình tiêu thụ điện năng và bi?n đổi điện năng
sang các dạng năng lượng khác
− Điện ảp và công suất tiêu thụ trên điện trở là:
2
. ; .
R
u R i P R i= =
− Ký hiệu:
R
i
UR
e) Điện cảm
− Khái niệm:

dt
= = =
 
=
 
 
∫
2
.
2
M
i
W L=
− Như vậy:
+ L đặc trưng cho hiện tượng tạo ra từ trường và quá trình trao
đổi tích lũy năng lượng từ trường của cuộn dây, đơn vị:
Herry( H)
+ Ký hiệu: L
A
Bi
L
− Hiện tượng hỗ cảm:
Khi hai cuộn dây ở gần nhau
f) Điện dung
− Khái niệm:
+ Khi đặt một điện áp Uc nên 1 tụ điện thì sẽ có điện tích q tích
luỹ trên tụ điện
+ Điện dung C được định nghĩa là:
c
q

dt
= = = = =
∫ ∫ ∫ ∫
− Như vậy:
+ C đặc trưng cho hiện tượng tạo ra điện trường và quá trình
trao đổi tích lũy năng lượng điện trường của tụ điện đơn vị
Fara( F). Nói cách khác điện dung dặc trưng cho khả năng
tích phòng năng lượng .
+ Ký hiệu:
+ Đơn vị: F
6
9
12
(1 10 )
(1 10 )
(1 10 )
F F F
nF nF F
pF pF F
 
−
−
−
=
=
=
g) Ví dụ chuyển từ mạch thực sang mô hình mạch điện
− Hình bên là sơ đồ thay thay mạch điện : Máy phát điện được thay
thế bằng e
f

+ Dòng điện có chiều không thay đổi theo thời gian gọi là
mạch điện 1 chiều
− Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian:
+ Dòng điện xoay chiều được sử dụng nhiều nhất là dòng điện
hình sin, biến đổi theo quy luật hình sin theo thời gian
+ Mạch điện có dòng điện xoay chiều gọi là mạch xoay chiều.
b) Mạch điện tuyến tính và mạch điện phi tuyến
− Phụ thuộc vào các thông số R, L, C người ta phân mạch điện phi
tuyến và mạch điện tuyến tính
− Mạch tuyến tính là mạch có các phần tử R,L, C là hằng số không
phụ thuộc vào dòng điện i và điện áp u trên chúng.
− Mạch điện phi tuyên là mạch điện có các phần tử R, L,C thay đổi
phụ thuộc vào dòng điện i và điện áp u trên chúng
c) Chế độ xác lập và chế độ quá độ
− Căn cứ vào quá trình năng lượng trong mạch người ta chia phân ra
chế độ xác lập và chế độ quá độ
− Chế độ xác lập là quá trình trong đó dưới tác động của nguồn, dòng
điện và điện áp ở các nhánh đạt trạng thái ổn định:
Rd
Rf
Rd
R
Ef
R®
eBook for You
13
+ Ở trạng thái ổn định dòng điện và điện áp biến thiên cùng
quy luật của nguồn
+ Đối với mạch điện một chiều các dòng điện và điện áp cũng
là một chiều

14
− Xây dựng mô hình là công việc đầu tiên của người phân tích hệ
thống nói chung và người phân tích mạch điện nói riêng
− Mô hình là hình thức biểu diễn những hiểu biết của ta về hệ thống
một cách khoa học nhằm mục đích mô phỏng, phân tích, tổng hợp
một đói tượng nào đó.
− Mô hình của đối tượng so với đối tượng thực thì nó đơn giản hơn
nhiều, mô hình chỉ mang thông tin cần thiết để phục vụ một mục
đích cụ thể.
− Mô hình giúp người phân tích thiết kế hệ thống biết chính xác công
việc cần giải quyết.
− Mô hình là yếu tố không thể thiếu được để kiểm tra giải pháp, mô
phỏng trước khi đi tới giải pháp thực tế.
− Ngày nay việc mô hình hoá và mô phỏng đã trở nên thuận tiện và
dễ ràng hơn nhiều nhờ sự trợ giúp của máy tính cùng các phần mềm
chuyên dụng như matlab, circuit maker
eBook for You
15
CHƯƠNG 2:
MẠCH ĐIỆN 1 CHIỀU
2.1. Nguồn điện 1 chiều
a) Pin, acquy:
− Là thiết bị biến đổi hoá năng thành điện năng
− Điện áp giữa 2 cực của pin không lớn nên để có điện áp lớn ta
thường mắc nối tiếp các phần tử với nhau. Để có dòng điện lớn ta
mắc các pin song song với nhau.
b) Pin mặt trời:
− Pin mặt trời hoạt động dựa trên cơ sở hiệu ứng quang điện, biến đổi
trực tiếp từ quang năng thành điện năng.
− Dưới tác động của ánh sáng, hình thành sự phân bố điện tích khác

U= U
1
+U
2
+U
3
+U
4
= R
1
.I - E
1
+R
2
.I+E
2
=(R
1
+R
2
)I – (E
1
-E
2
) =
( ).R I E∑ − ∑
b) Định luật Kiêcshôp
− Định luật Kiêcshốp 1:
+ Tổng đại số các dòng điện tại một nút bằng không
0i =

Quy tắc phân dòng trong mạch song song (chú ý chiều dòng
điện)
1 2 3 n
1 2 3
I . ; I . ;I . ; I . ;
td td td td
n
R R R R
I I I I
R R R R
= = = =
Nếu như chỉ có R
1
//R
2
thì
1 2
td
1 2
2 1
1 2
1 2 1 2
.
R
I . ; I . ;
R R
R R
R R
I I
R R R R

2
12 23 31
31 23
3
12 23 31
R .R
R =
R +R +R
R .R
R =
R +R +R
R .R
R =
R +R +R
b) Ví dụ minh họa:
− Cho mạch điện như hình vẽ, cho E=100V. R
1
=R
2
=R
3
= 2Ω; R
4
=R
5
=R
6
= 6Ω.
− Tính dòng điện I, và công suất P?
Giải:

31
mắc tam giác
eBook for You
19
1 2
12 1 2
3
2 3
23 2 3
1
3 1
31 3 1
2
R .R
R =R +R + 6
R
R .R
R =R +R + 6
R
R .R
R =R +R + 6
R
= Ω
= Ω
= Ω
− Lúc này mạch điện gồm có (( R
6
// R
31
)nt ( R

+ Bước 4: Xếp chồng ( cộng đại số)các kết quả tính dòng điện,
điện áp của mỗi nhánh do nguồn tác dụng riêng rẽ.
b) Ví dụ minh họa
− Cho mạch điện như hình vẽ, các điện trở và sức điện động đã cho
trước
− Hãy xác định các dòng diện đi vào các nhánh?
Bài giải:
eBook for You
20
− Giả sử chiều dòng điện đi vào các nhánh như hình vẽ:
- Thiết lập sơ đồ chỉ có một nguồn E
1
tác động
+ Nhìn vào hình vẽ ta thấy ((R
5
//R
4
) nt R
3
)//R
2
nt R
1
)
+ Áp dụng các phương pháp biến đổi tương đương ta sẽ tính ra
được dòng điện đi vào từng nhánh.
− Sơ đồ chỉ có nguồn E
2
+ Nhìn vào hình vẽ ta thấy ((R
1

+ Chọn chiều dòng điện nhánh( tùy ý) đây là số ẩn của hệ
phương trình
+ Xác định số nút trên sơ đồ mạch và viết (n-1) phương trình
dựa theo K1
+ Xác định số nhánh m và viết (m-n+1) phương trình vòng
theo K2
+ Giải hệ phương trình
b) Ví dụ minh họa
Ví dụ 1:
− Cho mạch điện như hình vẽ, các điện trở và sức điện động đã cho
trước
− Hãy xác định các dòng diện đi vào các nhánh?
Giải:
− Mạch điện có n = 2 nút; m = 3 nhánh;
− Giả sử dòng điện đi vào các nhánh có chiều như hình vẽ:
− Áp dụng định luật K
1
cho nút A:
1 2 3
I -I -I =0
−
Áp dụng địnhluật K
2
:
1 1 1 2 2 6 1
2 2 2 3 3
E = R .I +R .I +R .I
-E = - R .I +R .I
− Giải hệ phương trình 3 phương trình 3 ẩn ta có giá trị các dòng
điện

2.6. Giải mạch điện bằng phương pháp dòng vòng
a) Nội dung phương pháp:
eBook for You
23
− Nếu mạch có n nút và m nhánh thì theo định luật theo định luật K
2
ta thiết lập được (m - n+1) phương trình vòng.
− Trình tự tiến hành:
+ Bước 1:Xác định số nút n và số nhánh m của mạch điện
+ Bước 2: Xác định (m-n+1) mạch vòng độc lập, thường chọn
chiều dòng điện mạch vòng giống nhau để tiện lập phương
trình
+ Bước 3: áp dụng định luật K
2
cho mỗi mạch vòng, theo các
vòng đã chọn
+ Bước 4: Giải hệ phương trình tìm ra dòng điện giữa các mạch
vòng
+ Bước 5:Tính dòng điện các nhánh theo dòng điện mạch vòng
theo quy ước. Dòng điện trong mỗi nhánh bằng tổng đại số
các dòng vòng đi qua các nhánh.
b) Ví dụ minh họa:
ví dụ 1:
− Cho mạch điện như hình vẽ, các điện trở và sức điện động đã cho
trước
− Hãy xác định các dòng diện đi vào các nhánh?
Giải
− Mạch điện có n = 2 nút và m = 3 nhánh; Giả sử dòng điện đi vào
mỗi nhánh có chiều như hình vẽ.
− Xác định m – n +1 = 2 mạch vòng độc lập trên đó chọn chiều dòng

mỗi nhánh có chiều như hình vẽ.
− Xác định m – n +1 = 3 mạch vòng độc lập trên đó chọn chiều dòng
điện ở mỗi vòng như hình vẽ.
eBook for You
25
− Áp dụng định luật K
2
cho mỗi vòng ta có
1 1 v1 2 v1 7 v1 2 v2
2 v1 2 v2 3 v2 4 v2 4 v3
2 4 v2 4 v3 5 v3
E = R .I +R .I +R .I - R .I
0 = - R .I +R .I +R .I +R .I - R .I
-E = - R .I + R .I +R .I
− Giải hệ phương trình sau ta sẽ có các dòng điện vòng:
1 1 v1 2 v1 7 v1 2 v2
2 v1 2 3 4 v2 4 v3
2 4 v2 4 v3 5 v3
E = (R .I +R .I +R )I - R .I
0 = - R .I +(R +R +R ).I - R .I
-E = - R .I + R .I +R .I
− Tính dòng điện các nhánh theo các dòng điện vòng
1 v1
2 v1 v2
3 v1
4 v2 v3
5 v3
6 2
I =I
I =I - I