Giáo trình Điện kỹ thuật (Nghề Vận hành máy thi công mặt đường - Trình độ Cao đẳng): Phần 2 cung cấp những kiến thức cơ bản về máy điện, khí cụ điều khiển và bảo vệ mạch điện, điện tử công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1CHUONG 6
MAY DIEN 6.1; Khai niém
- Máy điện là một thiết bị điện từ tĩnh làm việc trên nguyên lý
cảm ứng điện từ, về câu tạo có mạch từ ( lõi thép ) và mạch điện (
cuộn dây )dùng để biến đổi các dạng năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác và ngược lại như cơ năng thành điện năng ( máy
phát )hoặc điện năng thành điện cơ năng ( động cơ )hoặc dùng để biến đối các thông sô điện như dòng điện , tần số , số pha , điện áp
VD : May bién 4 ap la thiét bi truyén tai nang lượng dòng điện
xoay chiều từ điện áp này tới điện áp khác
- Các máy phát điện và động cơ diện là các thiết bị biến đổi từ
cơ năng sang điện năng hoặc ngược lại
- Vì vậy máy điện đóng vai trò chủ yếu trong cả 3 khâu ( sản xuất , chuyền tải , tiêu thụ điện )
6.1.1 phân loai
- Có 2 loại máy điện
+ Máy điện tĩnh ( biến á áp ): biến đồi điện á áp của mạch xoay
chiều nhưng giữ nguyên tần số
+ Máy điện quay: máy có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hay động cơ
e_ Động cơ: Biến đổi điện năng thành cơ năng
e Máy phát: Biến đổi cơ năng thành điện năng
- Máy điện tinh > may biến áp
- Máy điện quay —> máy điện một chiều , máy điện xoay chiều ——>Động cơ điện 1 chiều
- Máy điện một chiều gồm 2 loai
Máy điện 1 chiều ely điện đồng bộ ~~ May dién khong déng - Máy điện xoay gồm có 2 loạ =—_
; ; _— Máy phát đồng bộ
Trang 2Động cơ đồng bộ ‹ Máy phát không đông bộ - Máy điện không đồng bộ gồm có 2 loại Động cơ không đồng bộ 6.12 Các trị số đỉnh mức
+ Các trị số định mức quan trọng là điện áp dây định mức ( Uam )và công suât định mức ( Pam hoặc San ).Đối với máy phát điện , công suất định mức là công suất điện phát ra ngoài Đối với động cơ điện là công suất có trên trục , với máy ' biến á áp là công suất phía thứ cấp
- Đối với người sử dụng (điều khiển ) sử dụng các máy điện các
đại lượng định mức là tiêu chuân chính để ta theo dõi tình trạng làm
việc của máy điện
6.2.Máy biến áp
6.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại máy biến áp
a Nhiệm vụ
Máy biến áp trong hệ thống điện lực là thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu
đường dây và giảm điện áp ở cuối đường dây gọi là máy biến áp (MBA)
Máy biến áp dùng để truyền tải và phân phối điện năng, MBA dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đồi
Máy biến áp còn được dùng rộng rãi :
Trong kỹ thuật hàn điện, thiết bị lò nung, trong kỹ thuật vô tuyến điện,
trong lĩnh vực đo lường, trong các thiết bị tự động, làm nguồn cho thiết bị điện,
điện tử , trong thiết bị sinh hoạt gia đình v.v
b Yêu cầu
- Khi truyền tải điện năng cần có máy biến áp (MBA) tăng áp yêu cầu có công suất lớn, điện áp truyền tải cao trọng lượng và chỉ phí kim loại mầu nhỏ Máy có công suất cao đề truyền tải điện đi xa giảm tốn hao điện
- Ở nơi tiêu thụ điện cần có MBA giảm áp phải có công suất rộng rãi, để đáp
ứng được nhu cầu tiêu thụ điện ở các khu vực khác nhau
- MBA phân phối điện có thể treo được ở ngoài trời, tiện cho việc sử dụng, chịu được nhiệt độ biến đổi lớn, chịu được tác động của môi trường
- Máy biến áp
Trang 3c Phan loai MBA
+ MBA dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực - MBA tang ap: thường có các loại 35, 110, 220, 500 KV
- MBA giảm áp: thường có các loại giảm áp từ 0.4 + 6 KV
+ MBA dùng trong lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn,
+ MBA tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng
bộ có công suất lớn
+MBA đo lường dùng để giảm điện áp, và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo
tiêu chuẩn hoặc đề điều khiển
+ MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao
MBA có rất nhiều loại song thực chất hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau
6.2.2 Cầu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp
6.2.2.1 Cấu tạo máy biến áp một pha a Sơ đồ cấu tạo Cấu tạo máy biến áp L Day quốn cae dp G G gông ba bộ phận: Lõi thép, L LÍ ‘ll we hls axon op a T G
dây quân và vỏ máy
+ Lõi thép máy biến áp: _ La -
Loi MBA (hinh 4.1) Dey qudn ha do
(a) (b)
dùng dé dẫn từ thông, được
chế tạo bằng các vật liệu dẫn
từ tốt, thường là thép kỹ
thuật điện có bề dày tử 0,3 + 1mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách điện rồi ghép
lại với nhau thành lõi thép Lõi thép gồm hai phần trụ và gông
- Trụ T là phần để đặt dây quấn còn gông _:
G là phần nói liền giữa các trụ dé tao
thành mạch từ kín
Hình 4.1: Mạch từ MBA một pha
a Kiéu tru b Kiéu boc
+ Day quan MBA: ‘
Dây quấn MBA (hình 4.2) thường
làm bằng dây dẫn đồng hoặc nhôm, tiết &
diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dãn Hình 4.2: MBA một pha có bọc cách điện, Dây quấn gồm nhiều
Trang 4Lam bang thép gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng
- Thùng MBA: Trong thùng MBA đặt lõi thép, dây quấn và dầu MBA Dầu MBA
làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt Lúc MBA làm việc, một phần
năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt, làm dây quấn lõi thép và các bộ phận khác nóng lên Nhờ sự đối lưu trong đầu và truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA sang dau va tir dau qua vách thùng ra môi trường xunh quanh
+ Nắp thùng: dùng để đậy trên thùng và có các bộ phận như: - Sứ ra của dây quấn cao áp, dây quấn hạ áp
- Bình dầu phụ
- Ống bảo hiểm
Hình 4.2: Cấu tạo bên ngoài máy biến áp một pha 1 Các ô lấy điện ra 2 Đồng hồ vôn kế;
3 Đồng hồ am pe kế 4.Nútđiều chỉnh 5 Ap tô mát
b Nguyên lý hoạt động của máy biến áp một pha
Khi MBA làm việc, điện áp đưa vào dây quấn sơ cấp là U; (hình 4.3), trong day quan so cấp sẽ có đòng điện ¡¡ chạy qua trong lõi thép sẽ có từ thông móc vòng với ca hai day quấn Từ thông này sẽ cảm ứng hai đây quấn sơ cấp và thư cấp các suất điện động e¡ và e; Dây quấn thứ cấp có tải sẽ sinh ra dòng is đưa ra tải với điện áp U¿; Như vậy năng lượng của
dòng điện xoay chiều đã được i,
truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thư cấp
Nếu bỏ qua sự sụt áp gây ra
do điện trở và từ thông tản của dây Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý MBA một pha quấn thì: — n8 sa ; 2B - © -k (4-1) 1 k: là hệ số của MBA Từ (4-1) ta có: U2 =U; W2/ W, hoac W¡ =Ui WU; Nếu W; > W¡ hoặc U; > U¡ ta có MBA tăng áp W;<W) hoặc Ủ; < U; ta có MBA giảm áp Hình 4.4 Ký hiệu MBA một pha 6.2.2.2 Máy biến áp ba pha:
Trang 5Aert tea Beth tb Cottle N, \, N xd rx yntL]PY;wLIP: a b c
Hinh 4.5: Té hyp MBA ba pha Hinh 4.6: MBA 3 pha, 3 tru Mach tir MBA 3 pha
Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện 3 pha, ta có thể dùng MBA một pha gọi là t6 MBA ba pha (hình 4.5) Hoặc dùng mot MBA ba pha ba trụ (hình 4.6)
Dây quấn sơ cấp của MBA ba pha ký hiệu bằng các chữ in hoa: Pha A ký hiệu là
AX, pha B ký hiệu là BY, pha C ký hiệu là CZ Dây quấn thư cấp ký hiệu bằng các chữ thường: pha a ky hiệu bang ax, pha b ký hiệu bằng by, pha c ký hiệu bang cz a Các cách đấu day MBA ba pha
Dây quấn sơ cấp hoặc thứ cấp có thể đầu hình sao hoặc hình tam giác Nếu sơ
cấp đấu hình sao, thứ cấp đấu hình sao, ta ký hiệu:Y/Y, tương tự ta có 4 cách đấu cơ
ban: Y/Y, Y/A, A/A, A/Y, (hình 4.7a,b,c,d) A Bec A BC A BC A BC x[_y[_z HE abe «Kh & a boc a oboe x| yị z (d) (a) (b) () Hình 4.7: Các cách đấu dây MBA ba pha Tỉ số biến áp
Gọi W¡, W;¿ lần lượt là số vòng dây một pha của dây quấn sơ cấp và day quấn thứ cấp Tỷ số biiễn áp pha giữa dây quấn sơ cấp và thứ cấp là:
_ đ=Up/Ups=WW; (42)
Trang 6ơ aa= Ua/Ủa (4-3) „
Tỷ sô biên áp aa không chỉ phụ thuộc vào tỷ sô vòng dây của hai quận dây, mà còn phụ thuộc vào cách đầu day cia MBA
- Khi MBA nối Y/Y: ay = Ua/Un = V3 Ups/V3 Up = W/W (4-4) - Khi MBA nối Y/A: ag= Ua/Un = V3 Up/Up = V3 W/W, (4-5) - Khi MBA nối AVA: ag = Ugi/Ua = Upi/Up = Wi/ Wo (4-6) - Khi MBA nối A/Y: a¿= Uai/Usn = Upi/ V3 Upp = Wi V3 W2 (4-7) b Sơ đồ lắp máy biến áp trong hệ thống điện
Sơ đồ lắp đặt máy biến áp một pha
Hình 4.8: Sơ đồ lắp máy biến áp một pha trong hệ thống điện Máy biến áp một pha thường lắp như hình 4.8 Khi không cần qua máy biến áp ta đóng cầu dao sản trái, cấp điện sử dụng không qua máy biến áp
Khi cần qua máy biến áp ta đóng cầu dao sang phải và nối với máy biến áp, điện sử dụng đi qua máy biến áp đề ổn định điện áp cấp cho các tải
Sơ đồ lắp đặt máy biến áp ba pha trong hệ thống điện
Trang 7Nenén throng trục ( hroi điện quoc gia) ~-}-‹~- -—-ả.~-~- - May cat ha thé Tới hộ dùng điện
Hình 4.9: Sơ đồ lắp máy biến áp ba pha trong hệ thống điện
Máy biến áp ba pha dấu Y-Y hoặc A-Y Đầu vào máy cắt cao thế K; nối với lưới điện quốc gia, bên đầu ra là máy cắt hạ thế nói điện đến các hộ tiêu dùng
6.3.Máy phát điện
6.3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại máy phát điện
a Nhiệm vụ
Trang 8b Yéu cau
~ SỐ vòng quay máy phát thay đổi trong giới hạn lớn nhưng điện áp sinh ra phải ôn định; phụ tải thay đổi nhưng không làm cho máy phát quá tải là nhờ điều chỉnh tự động
- Có kích thước trọng lượng nhỏ, giá thành ha, dễ chăm sóc, sửa chữa, tuổi thọ cao - Tiêu thụ nhiên liệu nhỏ, công suất máy phát lớn, ổn định
- Máy phát điện trang bị trên ô tô phải tự động nạp điện cho ắc quy khi điện áp máy phát lớn hơn điện áp ắc quy và tự động tách ra khỏi ắc quy khi điện áp máy phát nhỏ hơn điện áp ắc quy
c Phân loại
| Máy phát điện
Máy phát điện xoay chiều
_‡ 1 ‡ Máy phát điện một chiều ‡ |
May May May May May
phat phat phat phat phat
điện điện điện điện điện đồng không một một một bộ đồng chiều chiều chiều bộ kích từ kích từ kích từ độc song tổng lập Song hợp 6.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc máy phát điện một chiều a Cấu tạo
Cấu tạo gồm các phần chính sau:
a Stafor: Gồm có vỏ máy làm bằng thép ít các bon, có lắp cực từ bằng vít hãm
Cực từ có từ dư Trên cực từ có cuốn các cuộn dây kích thích Phía sau có cửa số đề lắp chỗi than (hình 2.1) Trên thân có các cực:
- Đầu máy phát điện ky hiéu theo Viét Nam: FA; Nga: A; My A hoặc GEN
- Đầu cuộn kích thích: Ky hiéu Viét Nam: KT, Nga: LU; My F - Đầu mát: Việt Nam: M, Nga: M, My GRD
- Đầu nối với ắc quy: Việt Nam: A, Nga: B, Mỹ BAT
b Rotor:Trén truc rotor có ghép các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 +1,0mm để tránh dòng phucô, có xẻ rãnh (hơi chéo đề giảm tiếng ù) cuốn các cuộn dây ứng điện Đầu
các cuộn dây nối với cỗ góp điện, và dẫn ra mạch ngoài là dòng điện một chiều nhờ
Trang 9chỗi than Chỗi than chế tạo bằng hỗn hợp đồng - grañt để giảm điện trở suất và giảm hệ số ma sát - Có băng bảo vệ
c Nhược điển của máy phát điện một chiêu
- Có khối lượng lớn, chỉ phí kim loại màu nhiều, làm việc không bền vững, đặc biệt là chỗi than và cổ góp điện, luôn luôn xảy ra tia lửa điện nhiệt độ cỗ góp điện 150+1 80°C Giá đỡ chối CổgÓp qạm 7 7 Chổihan Roto Puly ⁄ NI E ` | ay 2⁄2 8 J 8 LTP, S : 727/22 2 VA S á 4 Ae ¢ „` Nắp sau Má cực với cuộn Vô Nắp tr- ớc dây kích thích
Hình 2.1: Cấu tạo máy phát điện một chiều
- Điện áp máy phát ra sử dụng được cho các thiết bị ở số vòng quay trung bình trở
lên mới sử dụng được
- Hay hư hỏng, thường xuyên phải chăm sóc sửa chữa
- Do còn có nhiều nhược điểm nên hiện nay ít sử dụng, chủ yếu sử dụng máy phát
điện xoay chiều
b Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc tương tự như nguyên lý sản sinh ra dòng điện một chiều ở chương 1
Khi máy phát làm việc, ta cấp dòng điện một chiều vào quận dây kích thích stator, tạo ra từ trường xuyên qua các khung dây của rotor Khi puli kéo rotor quay các khung dây quay trong từ trường của stator và các khung dây sẽ cảm ứng ra suất điện động Nhờ chỗi than ở cổ góp đứng yên, nên các khung dây quay đến vị trí các chổi than dương và chỗi thân âm có cùng một chiều, nên điện áp và dòng điện lấy ra mạch ngoài là dòng điện một chiều
Trang 10c.Các chí số định mức của máy điện một chiều
Chế độ làm việc định mức của máy điện, là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tao quy định Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy, gọi là những đại lượng định mức
1 Công suất định mức: Pạ„, (đơn vị KW hay W)
2 Điện áp định mức: Uạ, (V)
3 Dòng điện định mức: lạm (A) 4 Tốc độ định mức: nạ„ ( vòng/ph)
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng kích thích,
Công suất định mức chỉ công suất đưa ra của máy điện Đối với máy phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, còn đối với động cơ đó là công suất đưa ra trên đầu trục động cơ
Nhược điểm của máy phát điện một chiều:
- Có khối lượng lớn, chỉ phí kim loại màu nhiều, làm việc không bền vững, đặc biệt là chéi than và cổ góp điện, luôn luôn xảy ra tia lửa điện nhiệt độ cô góp điện 150 -180°C 6.3.3 Câu tạo và nguyên lý làm việc máy phát điện xoay chiều
a Cấu tạo (hình 2.1a) 1 - Vỏ máy phát
2 - Ma cuc stator 3 - Cuc tir rotor 4 - Truc rotor
5 - Quan day rotor (phan cam) 6 - Quan day stator (phan ứng) 7 - Dây nối với ắc qui 8 - Chéi than 9 - Vòng trượt Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều, gồm có: Stator ( phần tĩnh): gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép vào nhau, tạo thành các má cực hoặc xẻ các rãnh để
cuốn ba quận dây pha có cùng số vòng dây và lệch nhau một góc 120” trong không gian
Roto: Là một nam châm điện -S) có cuộn dây kích thích 5, hai đầu
Hình 2.1: Cấu tạo máy phát điện
dây nối với hai vòng trượt 9, được hai xoay chiều ba pha
Trang 11cấp điện cho cu6n day (hinh 2.1b)
Khi ta cấp điện một chiều vào cuộn dây kích thích làm rô to biến thành nam châm điện có cực N-S Khi rotor quay từ trường sẽ lần lượt quét qua các quận dây của stator Nam cham điện mạnh hay yếu phụ thuộc vào dòng điện kích thích lớn hay nhỏ
b.Nguyên lý làm việc của máy phát điện xoay chiều
Khi rotor quay từ trường nam châm điện sẽ lần lượt quét qua các quận dây pha A-X, B-Y, C-Z cia stator, lam trong dây cuốn của stator suất hiện sức điện động cảm ứng, sức điện động này có dạng hình sin cùng biên độ, cùng tần số góc œ và lệch pha nhau một góc 120” ( 2⁄3)
Nếu chọn pha đầu có sức điện động là eA của của dây cuốn A-X bằng không thì biểu thức sức điện động của các pha là: Sức điện động pha A: eA= E42 sin @f Sức điện động pha B: eg = Ev2 sin (at - 27/3) Sức điện động pha C:
ec= E2 sin (@t - 43) = E42 sin (@t + 27/3)
Hoặc biểu điễn bằng số phức:
EA=E.e Egu=E.eit®2 Ec=E.e2
Trang 126.3.4 Sơ đồ lắp đặt máy phát điện trong hệ thống điện
Nội dung
Sơ đồ lắp đặt máy phát điện xoay chiều
Bình thường có điện lưới quốc gia, đóng cầu dao K; lên phía trên và đóng cầu dao K, dé ding lưới điện quốc gia
Trang 136.4 Động cơ điện không đồng bộ
6.4.1 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại động cơ điện a.Nhiệm vụ
Động cơ điện dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng, được sử dụng khá rộng rãi trong ngành công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống như động cơ dùng trong các máy công cụ như máy tiện, phay, bào, khoan, máy bơm nước, quạt điện,
b Yêu cầu
- Động cơ điện có công suất rộng rãi tir vai watt dén vai nghìn klôwatt đáp ứng nhu cầu sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống
- Động cơ điện có các chỉ số định mức kỹ thuật phù hợp với lưới điện quốc gia như: điện áp định mức, tần số, tốc độ,
- Điều chỉnh được các thông số phù hợp với tải trọng, phù hợp với yêu cầu sản xuất
- Chế tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn
giản, hiệu suất cao, không cần bảo trì c Phân loạ Động cơ điện | Động cơ điện xoay chiều | Động cơ điện một chiều | 4
Dong Dong Kich Kich Kich
co co thich thich thich
dién dién độc song nối
đồng không lập song tiếp bộ đồng bộ ‡ ‡ 4 t 6.4.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều a Cấu tạo
Cấu tạo động cơ điện một chiều như hình vẽ 3.1 gồm có:
1 Cuộn day stator (nam châm điện): được cuộn trên các cực từ được ghép bằng các
lá thép kỹ thuật điện
2 Rotor (phần ứng): gồm có lõi thép, dây quấn, cô góp và trục Dây quấn gồm nhiều
Trang 14nhiều vòng kín Phần tử của dây quần là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp của vành góp
3 Vỏ: thường được đúc bằng găng hoặc thép
4 Lõi thép phần ứng: là trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, phủ sơ cách điện
ghép lại, có rãnh dé quan day cuốn
5 Trục: cách điện với cỗổ góp và cuộn dây rotor `2 Hình 3.1: Cấu tạo động cơ điện một chiều b Nguyên lý làm việc Trên hình 3.2a khi cho điện áp một chiều U vào hai chỗi than trong dây quan phần ứng có dòng điện lư Các thanh dẫn ab va cd mang dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mô men tác dụng lên
rotor làm rotor quay (chiều lực tác dụng xác định bằng quy tắc bàn tay trái)
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí thanh dan ab va cd đổi chỗ cho nhau, nhờ chỗi than dương và âm đứng yên nên dòng điện trên thanh ab và cd đổi
chiều (hình 3,2b), giữ cho chiều lực tác dụng không, đổi, do đó lực tác dụng lên rotor cũng theo một chiều nhất định, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi
c.Các trị số định mức của động cơ điện 1 chiều
Chế độ làm việc của động cơ điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo quy định Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lương ghi trong
nhãn máy, gọi là những đại lượng định mức
Trang 154 Tốc độ dinh mirc: ngn (vong/ phit)
Ngoai ra con ghi kiéu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ
Công suất định mức là công suất trên đầu trục động cơ
d Mô men điện từ và công suất điện từ của động cơ điện một chiều
Khi động cơ điện làm việc trong dây quấn phần ứng sẽ có dong điện chạy qua Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện sẽ sinh ra mô men điện từ
trên trục máy
Lực điện từ tác dụng lên từng thanh dẫn:
f=Bm.LI¿ trong đó: Brg = ®/rÍ từ cảm trung bình trong khe hở ®: là từ thơng khe hở dưới mỗi cực từ +: là bước cực
1: Chiều dài thanh dẫn
Nếu tổng số thanh dẫn của dây cuốn phần ứng là N và dòng điện trong mạch nhánh
là: i¿=l,/2a thì mô men điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng: M=Bm i LN : Trong đó: I„: dòng điện phần ứng
a: số đôi mạch nhánh song song D: đường kính ngoài phần ứng
I: chiều dài tác dụng thanh dẫn Do: D=2P1m tacó: M = =~ I, =Ky ®1,(Nm) (3-1)
Ta
Từ cơng thức 3-lta thấy, muốn thay đổi mô men dién tir, ta phai thay déi dòng điện phần ứng 1, hoặc thay đổi dòng điện kích từ I Mô men điện từ là mô men cùng chiều quay với đông cơ
Công suất điện từ bằng: Pạ =OM (3-2) trong đó: M là mô men điện từ
Pa = QM = mạn ®ly=Eulụ Chiều lực điện tử a (3-3) / Từ thông \ stato Từ công thức (3-3) \ quan hệ giữa công suất điện từ
với mô men điện từ và sự trao /
đổi năng lượng trong máy =— 7
điện Công suât điện từ đã U chuyển công suất điện thành
công suất cơ Hình 3.3:Từ thông và lực tác dụng lên rotor
Trang 166.4.3 Cấu tao và nguyên lý làm việc động cơ điện xoay chiều 6.4.3.1 Động cơ không đồng bộ một pha
Động cơ không đồng bộ một pha được sử dụng rộng rãi trong dân dụng như: máy gặt, tủ lạnh, máy bơm, quạt, các dụng cụ cam tay, Là các động cơ công suất nhỏ khoảng đến 7,5KW, chúng đựoc cấp điện 110V và 220V.â
a.Sơ đồ cấu tạo
Cấu tạo stator giống động cơ không đồng bộ ba pha, nhưng trên đó ta đặt dây cuốn một pha và được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều một pha, còn rotor thường là rotor lồng sóc (hình 3.4)
b Nguyên lý hoạt động
Khi cho dòng điện hình sin chạy qua đây cuốn stator, thì từ
trường stator có phương không \ (i ©
Chiều lực điện tử
đổi nhưng có độ lớn thay đổi
hình sin theo thời gian, gọi là từ / & ô ) | | / Từ thông \ stato
trường đập mạch (hình 3.5): b
B=B,,Sin ot cosa m— Am
Từ trường này sinh ra dòng điện U- cảm ứng trong các thanh dẫn dây cuốn rotor, các dòng điện này sẽ tạo ra từ thông rotor mà
theo định luật Lenz, sẽ chống lại từ thông stator Từ đó ta xác định được chiều dòng
điện cảm ứng và chiều của lực điện từ tác dụng lên thanh dan rotor T a thay mô
men tổng tác dụng lên rotor bằng không và do đó rô to không thể tự quay được Để động cơ có thể làm việc được, trước hết ta phải quay rotor theo chiều nào đó và sau đó động cơ sẽ tiếp tục quay chiều đó
Để thấy rõ nguyên lý làm việc của động co, ta xem hình 3.5 ta thấy: từ trường đập mạch 8 là tổng của hai từ trường B va B cing téc dd quay mị, nhưng biên độ
băng một nửa từ trường đập mạch và quay ngược chiêu nhau
Hình 3.4:Từ thông và lực tác dụng lên rotor động cơ không đồng bộ một pha B=B,+B, T với Bin = Bin = By/2 n 60f va ny =— p
- Từ trường 8; quay cùng chiều với rotor lúc
động cơ làm việc, gọi là từ trường quay thuận - Từ trường 8; quay cùng chiều với rotor lic động cơ làm việc, gọi là từ trường quay ngược
Trang 176.4.3.2 Động cơ điện xoay chiều ba pha a Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ điện xoay chiều ba pha có tốc độ quay của rotor (n) nhỏ hơn tốc độ (m¡) của từ trường dòng điện cấp cho động cơ được gọi là động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và đời sống
Động cơ không đồng bộ ba pha (đặc biệt là động cơ rotor lồng sóc)được sử
dụng rộng rãi vì nó có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, vận hành đơn giản
Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
a Cau tao: Cau tạo động cơ khéng déng b6 ba pha (hinh 3.6) gồm hai bộ phận chính là: 1- Lá thép stator; 2 - Dây cuốn stator; 3 - Nắp; 4-Obi 5 - Trục 6 - Hộp đấu dây 7- Lõi thép rotor 8 - Thân máy 9,10 - Quạt và hộp quạt + Sfator: gồm có lõi thép và dây cuốn Lõi thép: gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành hình trụ, mặt trong có rãnh đặt dây cuốn Dây quấn: Dây quấn stator động cơ không đồng bộ ba pha là dây đồng được phủ sơn cách điện, gồm ba pha dây quấn AX, BY, CZ dat trong các rãnh stator theo một quy luật nhất định Sáu đầu
dây của ba pha dây quấn được nối Hình 3.7: Kết cấu lá thép statorr và rotor ra ngoài hộp đấu đây (đặt ở vỏ
động cơ) đề nhận điện vào
+Rotor: gồm lõi thép, dây quấn, trục quay, vòng trượt
Trang 18Lõi thép: Làm bằng các lá thép kỹ thuật điện (hình 3.7) mặt ngoài xẻ rãnh, ở giữa có
lỗ để lắp trục, ghép lại thành hình
trụ
Dây quấn: có hai kiểu
- Dây quấn kiểu rotor lồng sóc: c==
có dạng như hình (3.8a) và được
(b) ()
ký hiệu như hình (3.7c) a - Day quan kiéu rotor day quan:
có dạng như hình (3.8b) và được Hình 3.8: Cấu tao rotor dong cơ
ký hiệu như hình (3.84) a- đây cuôn rotor lông sóc, không đông bộ
b- lõi thép rotor day cuon, c- ky hiéu
b Nguyên lý làm việc:
Khi cho dòng ba pha vào dây quấn stator của động co, trong stator sẽ có từ trường quay (giống như một nam
châm vĩnh cửu quay) Từ trường quay quét qua các đây quấn của rotor, làm xuất hiện các sức điện
động và dòng điện cảm ứng Lực
tương tác điện từ giữa từ trường quay và các dòng điện cảm ứng này tạo ra mô men quay Fy tac động lên rotor (hình 3.6), kéo rotor quay theo chiều quay của từ trường với tốc độ n < nị ( n¡ là tốc độ của từ trường quay) Hình 3.9: Quá trình tạo mô men quay Là 2 Ậ A x A Tốc độ của từ trường quay được của động cơ không đông bộ tính theo công thức: nị = 60p (vòng/ phút) trong đó: f: là tần số dòng điện (Hz) p: là số đôi cực từ Sự chênh lệch tốc độ giữa từ trường quay và tốc độ rotor gọi là tốc độ trượt: na=m¡-n
Tỷ số _s =nzn; = (n;- n)/n được gọi là hệ số trượt tốc độ
Khi động cơ làm việc bình thường: s= 0,02 + 0,06
Trang 19Muc tiéu
- Vẽ và giải thích được lắp đặt động cơ điện một pha, ba pha trong hệ thống điện a Sơ đồ lắp đặt động cơ điện xoay chiều 1 pha (hình 3.10) A*“——† -^350V B* C+ 0z + 3 — | K, ta —— K, cc an) a) — a, — s5,
Hình 3.10 : Sơ đồ động cơ điện một pha
Trang 206.5 May dién 1 chiéu
6.5.1 Nguyên lý máy phát điện môt chiều
Trên hình 3.1, nghiên cứu vòng dẫn ở hai vị trí: vị trí trên hình vẽ và sau khi quay vòng dây dẫn đi 180° Áp dụng định luật cảm ứng điện từ và quy tắc bàn tay phải để tìm chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng ta đã thấy dòng điện qua phụ tải là dòng điện xoay
chiều
Bây giờ ta xét một bộ phận gọi là cổ góp điện gồm hai lá góp điện
a và b cách điện đối với nhau và cách điện đối với trục của máy Mỗi lá góp điện nối chắc với một đầu vòng dây dẫn
Hình 3.1
Áp dụng định luật cảm ứng điện từ và quy tắc bàn tay phải, tìm
đ- ợc chiều dòng điện đi trong mạch kín nh- sau:
Cạnh dây 1 - Cạnh dây 2 - lá góp điện b - chổi than A - phụ tải - chổi than B - lá góp điện a - cạnh dây 1 (hình 3.2a) Khi vòng dây quay đ-ợc 180” (hình 3.2.b) cạnh dây 1 và 2 đổi chỗ cho nhau, các lá
góp điện a và b cũng đổi chỗ, nh-ng các chổi than A và B vẫn giữ
nguyên vị trí, nên chiều dòng điện trong mạch kín sẽ là: cạnh dây 2 - 80
Trang 21cạnh dây l1 - lá góp điện a - chổi than A - phụ tải - chổi than B - 14 góp điện b - cạnh dây 2
So sánh dòng điện qua phụ tải trên hình (hình 3.2a) và (hình 3.2.b) ta thấy có chiều không thay đổi Theo quy - ớc, dòng điện mạch ngoài có chiều đi từ d-ơng đến âm, nên chổi than A gọi là chổi than
d- ơng, chổi than B gọi là chổi than âm
Trong thực tế, máy phát điện một chiều có nhiều vòng dây và nhiều lá góp điện
6.5.2 Nguyên lý đông cơ điện một chiều
Nếu đem máy điện trên nối vào nguồn điện một chiều, nó sẽ biến
thành động cơ điện Điện năng biến thành cơ năng, theo tính chất
thuận nghịch của máy điện một chiều Cấu tạo của động cơ điện một chiều giống nh- máy phát điện một chiều
Động cơ điện một chiều chạy đ-ợc nhờ tác dụng của từ tr-ờng lên dây dẫn co điện, sinh ra lực điện từ tạo thành mômen điện từ làm cho rôtô quay
Nếu dòng điện đi vào dây dẫn rôto không đổi, khi rôto quay đ- ợc
180, áp dụng quy tắc bàn tay trái tìm chiều lực điện từ và mô men điện từ, ta thấy chúng đổi chiều làm cho rôto động cơ lại quay ng-ợc
lại Vì vậy động cơ một chiều cần có cổ góp điện, để tuy rôto quay,
nh- ng nhờ chổi than cố định trên cổ góp điện, dòng điện đi vào vòng
dây vẫn không đổi chiều lực điện từ và mômen điện từ không đổi
Nhờ vậy rôto sẽ quay liên tục theo một chiều
PG oo
+B 2
Trang 226.6 Máy điên đồng bô 3 pha
6.6.1 Máy phát điên đồng bô
- Máy phát điện đồng bộ chủ yếu dùng làm máy phát điên xoay chiều 3 pha
Gồm 2 phân : Phân cảm và phần ứng
+ Phần cảm :( phần quay : rô to ) lõi thép của ro to có thể là thép đúc hay thép lá kỹ thuật điện mỏng ghép lại theo chiều dọc của
rô to có phay các rãnh để đặt các cuộn giây kích thích ( cuộn dây sinh
ra từ tr- ờng của nam châm điện 1 chiều ) phẩng cảm có thể có 2 + 4 cực từ , dòng điện 1 chiều đ-a vào cuộn dây phần cảm qua 2 chổi than
tỳ vào 2 vành đồng ( dòng điện này do 1 máy phát điện 1 chiều có rô to lắp cùng trục với rô to máy phát điện xoay chiều )
+ Phân ứng ( Phần đứng yên: stato)
Phần ứng cũng đ- ợc ghép bằng thép lá kỹ thuật điện mỏng và
theo huớng của trục có phay rãnh đê đặt các cuộn dây
+ Phần ứng của máy phát diện 3 pha có 3 cuộn dây mỗi pha đặt
lệch nhau 120° trong không gian , th- ờng nối theo hình sao Từ
tr- ờng do dòng điện phần ứng sinh ra ( khi máy phát điện có phụ tải ) là 1 từ tr-ờng quay Nh- vậy tốc độ quay của từ tr- ờng đó bằng đúng tốc độ quay của rô to, vì vậy gọi là máy phát điện đồng bộ
6.6.2 Đông cơ điện đồng bô
- Cấu tạo động cơ điện đồng bộ giống nh- máy phát điện đồng bộ , gồm 2 phần phần cảm và phần ứng
- Động cơ đồng bộ th- ờng là động cơ 3 pha
- Khi cho dòng điện xoay chiều 3 pha vào cuộn dây phần ứng
Trang 23ra dòng điện 1 chiều , còn dòng điện xoay chiều 3 pha trong stato sẽ
sinh ra 1 từ tr- ờng có tốc độ n = 60.f/p
trong đó P là cặp đôi cực
f là tần số dòng điện 3 pha
6.7 Đông cơ xoay chiều không đồng bô ( đông cơ di bô )
6.7.1 Nguyên lý tao thành từ tr- ờng quay (Từ fr_ờng quay dây quấn 3 pha) Một -u điểm chủ yếu về kĩ thuật của dòng điện xoay chiều 3 pha là có thể sinh ra từ tr- ờng quay Hình 4-4 Ta hãy nghiên cứu để thấy rõ dòng điện 3 pha sinh từ tr-ờng quay nh- thế nào:
Cho dòng điện 3 pha vào cuộn dây quấn lệch nhau 120) trong
không gian và cùng quấn trên một khối thép hình trụ rỗng Trên hình 4.4 vẽ t- ợng tr- ng 3 cuộn dây và khối thép đó
Trang 24trong mot chu ky (hinh4.4)
Khi xét ta quy - 6c chiều dòng điện đi từ đầu đến cuối cuộn dây là
d-ơng (+) và ng-ợc lại là âm (-) Ngoài ra còn phải chú ý đặc đính
của dòng điện ba pha là:
a Khi dòng điện 1 pha bằng không thì dòng điện trong hai pha
còn lại có trị số bằng nhau và trái dấu với pha đầu lập thành hai mạch
từ riêng
b Khi dòng điện một pha đạt trị số cực đại thì dòng điện hai pha kia sẽ có trị số bằng nhau và ng- ợc dấu với dòng điện pha thứ nhất
Dòng điện hai pha sẽ cùng lập thành một mạch từ riêng với mạch từ pha thứ nhất Ví dụ: Ở thời điểm a trên đồ thị hình 4.5 ta thấy: - Dòng điện pha A có trị số l, = 0 - Dòng điện pha B có trị số 1, < 0 - Dòng điện pha C có trị số I, > 0
Biểu diễn chiều của các dòng điện đó lên hình 4.4a và dùng quy tác vặn nút chai tìm chiều đ- ờng sức từ, ta sẽ có các đ- ờng sức từ biểu
diễn theo các đ- ờng chấm chấm và từ tr- ờng tổng hợp biểu diễn theo
mũi tên B
Ở thời điểm b, dòng điện pha A có trị số cực đại lập thành một
mạch từ riêng, hai dòng điện pha B có pha C có trị số bằng nhau và cùng lập nên một mạch từ riêng Biểu diễn chiêu các dòng điện, chiều
đ-ờng sức từ chiều từ tr- ờng tổng hợp lên hình 4.4b ta thấy từ tr- ờng
Bởtr-ờng hợp này so với B ở tr-ờng hợp trên đã xoay một góc 900
theo chiều quay của kim đồng hồ
Xét t-ơng tự ở thời điểm (c) trên đồ thị và biểu diễn từ tr- ờng
Trang 25tr- ờng hợp này lại lệch đi một góc 90° so với thời điểm (b) * Đặc điểm từ tr- ờng quay - Tốc độ từ tr- ờng quay phụ thuộc vào tần số dòng dién stato f và số đôi cực P n, -_ ĐÓ (vòng/phút) P
- Chiều quay của từ tr-ờng phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng
Trang 261 Day quan stato 4 Lá thép kỹ thuật rôto 2 Lá thép kỹ thuật stato 5 Dây quấn rôto
3 Vỏ động cơ 6 Trục
7,8 Nap dong
a.Phan tinh (stato):
Gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ
và nắp máy
* Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện đ- ợc dập rãnh
bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo h-ớng trục Lõi đ- ợc ép vào trong vỏ má.gồm mạch từ hai bằng thép lá kỹ thuật điện ghép lại Trên mặt lõi thép có phay rãnh để đặt dây quấn stato 2
* Dây quấn làm bằng dây dẫn bọc cách điện đ-ợc đặt trong các rãnh của lõi thép Dong điện xoay chiều 3 pha chạy trong 3 pha dây quấn stato sẽ tạo Ta từ tr- Ong quay
b Phan quay (réto):
*Lõi thép: gồm thép lá kỹ thuật điện có phay rãnh để đặt dây
quấn rôto
Trang 27(còn gọi là rôto ngắn mạch) và kiểu dây quấn pha (còn gọi là rôto dây
quấn hay động cơ ruột quấn)
Ở động cơ cỡ nhỏ lồng sóc đ-ợc đúc bằng nhôm, vào các rãnh
lõi thép rôto, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngăn mạch và cánh quạt làm mát.đ- ợc ký hiệu nh- hình vẽ sau
Loại rôto dây quấn, trong lõi thép rôto đặt dây quấn 3 pha Dây
quấn rôto th- ờng đấu hình sao, ba đầu nối với 3 vòng tiếp xúc bằng
đồng, cố định trên trục rôto và đ- ợc cách điện với trục
Nhờ 3 chổi than tỳ sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn 3 pha đ- ợc
nối với 3 vòng tiếp xúc, nhờ chổi than dây quấn rôto đ- ợc nối với 3
biến trở bên ngoài, để mở máy hay điều chỉnh tốc độ Loại động cơ này gọi là động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
u điểm: Động cơ lồng sóc giá thành rẻ, làm việc đảm bảo nên đ- ợc sử dụng rộng rãi
Dong co roto day quấn có -u điểm về mở máy và điều chỉnh tốc
độ nh-ng giá thành đắt và vận hành kém tin cậy nên chỉ đ- ợc dùng
khi động cơ rôto lồng sóc không đáp ứng đ- ợc các yêu cầu về truyền
động
6.7.3 Nguyên lý làm viêc của đông cơ không đồ bô
Trang 28tạo thành từ tr-ờng quay nh- ta vừa xét ở trên Tốc độ quay của từ tr-ờng (n¡) tỷ lệ với tần số dòng điện trong stato (f), tỷ lệ nghịch với số đôi cực (p) n, —: (vòng/phút) P Hình 4.5
Từ tr-ờng quay quét thanh dẫn dây quấn rôto sinh ra sức điện
động cảm ứng Do dây quấn rôto kín mạch, dòng điện sinh ra trong
thanh dẫn, tác dụng trở lại với từ tr-ờng quay, sinh ra mômen làm
quay rôto Theo định luật Lenxơ, rôto quay cùng chiều với từ tr- ờng
(để chống lại sự biến thiên từ thông sinh ra dòng điện cảm ứng trong rôto) Nếu rôto quay càng gần tốc độ từ tr- ờng quay thì sức điện động cảm ứng càng nhỏ, dòng điện rôto giảm, mômen quay giảm và do đó rôto không thể tăng tốc bằng từ tr-ờng đ-ợc Nh- vậy: tốc độ rôto luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ tr- ờng quay: (n < n¡)
n,-n
Tỷ số s =
1
đ-ợc gọi là độ ír ợt của động cơ Độ tr- ợt phụ thuộc vào chế độ làm
việc của động cơ và luô
MỤC LỤC
Trang 29TT Nội dung Trang 1.Vi tri m6n học 4
II Mục đích, yêu cầu môn học 4
Chương l: Mạch điện một chiêu 5
1.1 | Dũng điện và mạch điện một chiêu 5
1.2 | Các định luật và đại lượng đặc trưng của dũng điện một chiêu 8
1.3 | Ghép điện trở và ghép nguồn thành bộ 15
Chương 2: Điện từ và cảm ứng điện từ 17
2.1 | Điện từ 17
2.2_| Cảm ứng điện từ 19
Chương 3: Mạch điện xoay chiêu 21
3.1 | Định nghĩa dũng điện xoay chiêu 21
3.2 | í nghĩa hệ sô cụng suât và cóch nâng cao hệ sô công suât 25
3.3 | Hệ thông dũng điện xoay chiêu ba pha 28
Chương 4: Vật liệu điện 35
4.1 | Vật liệu dẫn điện 35
4.2 _| Vật liệu cách điện 39
Chương 5: Dụng cụ và kỹ thuật đo điện 46
5.1 | Công dụng và phương pháp sử dụng máy đo VOM 46 5.2 _| Hướng dẫn đo dũng điện bằng đồng hồ vạn năng 58
Chương 6: Máy điện 60
6.1 | Khái nệm 60
6.2_| Máy biên áp 6l
6.3_ | Máy phát điện 66
6.4_| Động cơ điện không đông bộ 72
6.5 | Máy điện một chiêu 79
6.6 | Máy điện đông bộ 3 pha 81
6.7 | Động cơ xoay chiêu không đông bộ 82
Chương 7: Khí cụ điêu khiên và bảo vệ mạch điện 89
7.] | Khí cụ điêu khiên mạch điện 89
7.2 | Khí cụ bảo vệ mạch điện 96
7.3 | Mạch điện điêu khiên may phát điện 98
7.4_ | Mạch điện điêu khiến động cơ điện 99
Chương 8§: Điện tử cơng nghiệp 101
8.1 | Đặc tính cơ bản của các linh kiện bán dẫn 101
8.2 | Ung dung cua điện tử công nghiệp 105
Trang 30CH ONG TRINH MON HOC MON DIEN KY THUAT
I- VI TRI MON HỌC
Ngày nay với những b- ớc tiến v- ợt bậc và các thành tựu to lớn của khoa học và công nghệ đã tác động sâu sắc đến sự phát triển kinh tế - Xã hội, thành tựu khoa học đ- ợc áp dụng nhanh vào kỹ thuật và đời sống và có hiệu quả thiết thực Trong các ngành khoa học tiến bộ đó phải kể đến ngành điện, mức độ sử
dụng năng l-ợng điện đ-ợc coi nh- là th-ớc đo, đánh giá mức độ cơ khí hoá,
điện khí hoá xí nghiệp và Quốc gia, môn Điện kỹ thuật là môn kỹ thuật cơ sở nhằm mục đích trang bị cho học sinh một số kiến thức cơ bản về Điện, trên cơ sở
đó hiểu và nắm chắc nguyên lý, cấu tạo một số máy điện mà trong công tác chuyên ngành có sử dụng, ngoài ra còn giúp cho học sinh trong công tác quản lý,
sử dụng các thiết bị điên có hiệu quả và an toàn cho ng- ời và thiết bị
lI- MỤC DICH YEU CAU CUA MON HOC
Môn học Điện kỹ thuật là môn kỹ thuật cơ sở, cho nên mục đích của môn
học nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản và có tính chất thực dụng về điện, nắm đ-ợc cấu tạo, nguyên lý làm việc của một số máy điện mà trong công tác chuyên môn có sử dụng (máy phát điện, động cơ điên ba pha, máy điện một chiều) nhằm sử dụng các thiết bị điện thật an toàn, đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, cho nên sau khi kết thúc môn học này, yêu cầu về mặt lý thuyết học sinh cần nắm đ-ợc cơ sở lý luận về máy điện một chiều, mạch điện xoay chiều một pha và ba pha, cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp, động cơ điện, nguyên lý làm việc của một số thiết bị điều khiển, chất bán dẫn và sơ đồ nắn dòng điện xoay chiều thành một chiều (một pha và ba pha)
Về mặt thực hành học sinh có thể nối nguồn điện và phụ tải mạch điện xoay chiều một pha và ba pha
Biết cách lắp ráp các bộ nắn dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều và các công việc khác trong đời sống hàng ngày
Căn cứ vào tình hình thực tế và nội dung giảng dạy giáo viên tổ chức cho học sinh làm thí nghiệm, đi tham quan thực tế
Trang 31MACH DIEN MOT CHIEU
1.1 Dòng điện và mạch điện một chiêu 1.1.1 Khái niệm dòng điên
* Định nghĩa
Khi nối một vật tích điện A với một vật B chưa tích điện bằng một dây dẫn ta thay dong dién tích chuyển đời từ A tới B qua dây dẫn vì giữa hai đầu dây này có một hiệu điện thế, khiến cho các điện tích chuyền đời trong dây dẫn theo một hướng xác định
QO G)
Vậy dòng điện tích chuyền đời có hướng gọi là dòng điện
* Điều kiện duy trì và ton tai dong dién: Để có dòng điện trong các vật dẫn là giữa hai đầu vật dẫn phải có hiệu điện thế
Id ——
Trang 32a Chiều dòng điện
Người ta quy ước chiều dòng điện là chiều chuyền dời các điện
tích dương trong đây dẫn Tức ở ngoài nguồn điện thì chiều đòng điện
đi từ cực dương tới cực âm của nguồn
b Cường độ dòng điện
Cường độ dòng điện là đại lượng cho biết dòng điện đó mạnh hay yếu
Cường độ dòng điện tính bằng tỉ số giữa điện lượng chuyển qua
mặt cắt thắng của vật dẫn trong một đơn vị thời gian( một giây)
Đơn vị của cường độ là ampe (A)
c Dòng điện không đối
Nếu trong các khoảng thời gian bằng nhau tuỳ, các điện tích đi
qua mặt cắt thẳng của vật dẫn như nhau thì dòng điện được gọi là dòng điện khơng đổi ( I ) ¬ (|S Q: culông(C) t: giây (s) I: ampe (A )
Với ampe là cường độ của dòng điện không đổi mà cứ 1 giây có một culông chuyển qua mặt cắt thắng của đây dẫn
1.1.3 Ac qui:
a- Khái niêm :
Ac qui nó tích lũy năng lượng dưới dạng hóa năng sau đó giải
Trang 33chế tạo hoặc sau khi ắc qui phóng điện mà sức điện động (E ) giảm đến
1,8 V/ ngăn thì phải nạp điện vào ắc qui đạt tới 2,5 + 2,7V/ngan rồi
mới cho phóng điện
b- Cấu tạo :
Gồm 1 bình điện phân chứa dung dịch axít sunphuarích H;SO¿ trong đó có các cực điện âm và các cực điện dương lắp xen kẽ nhau
làm bằng bản chỉ 2 bên có khung xương hình ô vuông nhỏ phủ kín
bản cực chì ôxýt và nấp chung thành bộ trong bình ắc qui ,bản cực âm
thường nhiều hơn bản cực đương 1 bản cực
SS
ấn - lấcqrảm 13 ove dong
- Phân loại ắc qui có 2 loại: + Ắc qui a xít ( ắc qui chì) + Ắc qui kiềm (ắc qui sắt kiềm)
c Nguyên lý làm việc của ắc qui:
+ Quá trình nạp điện: Khi đặt các cực điện vào trong bình điện phan thi axit HaSƠ¿ tác dụng với cực điện và ở trên cực điện xuất
Trang 34điện 1 chiều chạy qua ắc qui bằng cách nối các cực cùng tên của ắc
qui vào máy phát điện một chiều lúc này ion dương H”” trong dung
dich chay sang cuc 4m va ion 4m SO, chau sang cực dương Phản ứng ở cực dương là; PbSO, + SO, + 2H;O = PbO; + 2H;SO¿
Phản ứng ở cực âm là; PbSOa + Hạ =Pb + H;SO¿ Chú ý : Trong quá trình nạp điện nồng độ H;SO¿ tăng lên ta
thấy khi nạp điện 2 cực của ắc qui đã khác nhau lúc này ắc qui có tác
dụng như 1 quả pin Khi nạp điện , điện áp U của mỗi bình ắc qui
tăng 2,5 — 2,7V/ngăn đồng thời khí hiđờrô Hạ; bốc ra thành các bọt khí nỗi lên bề mặt dung dịch, lúc này ta phải ngừng nạp điện
+ Quá trình phóng điện : Nối 2 cực của ắc qui với I điện trở hay
phụ tải thì ắc qui phóng điện Trong quá trình này chiều dòng điện
ngược với lúc nạp ion H”” chạy sang cực dương còn ion SO 'ˆ chạy sang cực âm Phản ứng xây ra ở cực đương là PbO; + Hạ +H;SO¿ = PbSO¿ + 2H;O Phản ứng ở cực âm là Pb + SƠ = PbSO¿
- Khi 2 cực điện của ắc qui giống nhau ( cân bằng ) thì không
phóng điện nữa.Nếu sức điện động của ắc qui giảm gần 1,8V/ngăn
thì không được phóng điện nữa , cứ tiếp tục phóng điện thì ắc qui sẽ hỏng ,loại ắc quy thường dùng nhất là ắc quy chì
1.2 Các định luật và đại lượng đặc trưng của dòng điện một chiều 1.2.1 Các định luật
Trang 35Xét mạch thuần điện trở (hỡnh1.3), biểu thức tớnh dũng điện qua điện trở: I=U/R (1-2)trongđó U: tính bằng Volt (V)
I: Tinh bang Ampe (A) R
R: Tinh bang Ohm (U) « °
Định luật: Cường độ dũng điện trong một I —> đoạn mach tỷ lệ thuận với hiệu điện thé va tỷ U lệ nghịch với điện trở qua đoạn mạch đó Hỡnh 1.3 - Nhánh có sức điện động E và điện trở R: Nhỏnh thuần trở
Xột nhỏnh cú E, R (hỡnh 1.4) U U U Us
Biêu thức tính điện ap Ss CC mm ccC
Ư:U=U,+U;+Uy+U, =R.I-E,+ HO) HO
R;ạlI+ Eạ =(Rị¡+ R2)T- Œ¿ - Ez) Ri E R3 Eq
Vay: U=(2R)I-ZE (1-3) a
Trong biêu thức (1-3) quy ước
dấu như sau: Sức điện động E và dũng Hình 1.4
điện I có chiều trùng với chiều điện áp Nhỏnh sức điện động và R U sẽ lấy dấu dương, ngược chiều sẽ lấy dấu âm Biểu thức tớnh dũng điện: I= U+ XE (1-4) >R Trong biểu thức (1-4) quy ước đấu như Ry sau: Sức điện động E và điện áp U cú R
chiều trựng với chiều dũng điện sẽ lấy ° [ R dấu dương, ngược lại sẽ lấy dấu âm E
b Định luật Ơm cho tồn mạch
Cho mạch điện như hỡnh 1.5 thé
Hình 1.5
[= ———— (A)(1-5) RatRatRe
Trong đó:
I: Cường độ dũng điện trong mạch (A) E: Sức điện động của nguồn điện (V) Rn: Điện trở trong của nguồn (©)
Rạ, Điện trở dây dẫn (O)
Trang 36
R,: Dién tro phy tai (Q)
Ra + R¿ Điện trở mạch ngoài (Q)
Định luật: Cường độ dũng điện trong mạch kín tỷ lệ thuận với sức điện động của nguồn điện và tỷ lệ nghịch với tổng trở toàn mạch VD: Cho mạch điện hỡnh 1.6 Biết E¡ = 100 V; 1, = 5A.Tinh dién áp Up và dũng điện các nhánh l;, lạ Lời giải Tính điện áp Ưan: Uap = Ey - Ril, = 100 - 2.5 = 90 V Ding dign : 1p =U = =30A R: 3 Diing dién I: Uas— E; _ 90-115 = 2 a = Ra 1 25A
Dũng điện l; < 0, chiều thực của dũng điện
l¿ ngược với chiều đó vẽ tron honh
c Dinh luat Kirchoff 1 I;
Định luật này cho ta quan hệ giữa các dũng điện tại một nút, được phát biểu như sau: Tổng đại số những đũng điện ở một nút bằng không
Trong đó quy ước dũng điện đi tới nút lấy dấu dương, dũng điện rời khỏi nút lấy dấu âm (hỡnh 1.7)
XI nit =0 (1-6)
O hénh 1.7 thé: I, + (-h) + ls) =0
d Dinh luat Kirchoff 2
Định luật này cho ta quan hệ giữa sức
điện động, dũng điện và điện trở trong một
Trang 37có chiều trùng chiều mạch vũng lấy dấu đương, ngược lại lấy dấu âm Ở mạch vũng hỡnh 1.8:
Ry, - Roly + R3lb = E; - Ex + Es;
Vớ dụ : Tớnh dũng điện l: và các sức điện động E¡, Ea trong mạch điện hoénh 1.9, biết: l= 10A; 1, =4A; Ry = 10; R, =20; R¿= 5O Lời giải: Áp dụng định luật Kirchoff 1 tại nút A có: -h+lä-l=0—=l;=l;-l¡ = 10 -4=6A Ap dung dinh luat Kirchoff 2 cho: Mach viing a: E¡ =Rịl + Roy = 1442.10 =24V Mạch vũng b: Ey = Ral› + Rala = 5.6 + 2.10 = 50V
1.2.2 Các đại lượng đặc trưng
a Dũng điện —_ Dũng điện ¡ về trị số bằng tốc độ E——e=——] =
biên thiên của lượng điện tích q qua tiệt
diện ngang của vật dẫn: Hiab 1-10
i=dq/ds
Don vi: Ampe (A)
Người ta qui ước chiều của đũng điện chạy Uap
trong vật dẫn ngược chiều với chiều chuyên | ** CI Ye
động của điện tir (honh 1.10) ———
b Điện áp -
Tại mỗi điểm trong một mạch điện có Honk oid một dién thé @ Hiéu dién thé gitta hai điểm + gọi là điện áp U, đơn vị là Vôn (V)
Điện áp giữa hai điểm A và B hỡnh 1.11 là:
` Ap= (0A - Op ` (1-8)
Chiêu điện áp quy ước là chiêu từ điêm có
điện thế cao đến điểm có điện thế thấp E U
Điện áp giữa hai cực của nguồn điện |
khi hở mạch ngoài (dũng điện I = 0) được
gọi là sức điện động E Hồnh Lầu
c Công suất Ký hiệu nguồn sức điện
Trang 38
P=EI (1-9) Công suất của mạch ngoài là: P=UI (1-10) Đơn vị của công suất là oát (W) d Sức điện động E
Sức điện động E là phần tử lý tưởng, có trị số bằng điện áp U đo được giữa hai cực của nguồn khi hở mạch ngoài
Chiều của sức điện động quy ước từ điện thế thấp đến điện thế cao (cực âm tới cực dương) (Hỡnh 1.12)
Chiều của điện áp quy ước từ điện thế cao đến điện thế thấp, do đó nêu chiều vẽ như hỡnh 1.12 thỡ: U=E (1-11) e Nguồn dũng điện J Nguồn đũng điện J là phần tử lý tưởng có trị số bằng đũng điện R ngắn mạch giữa 2 cực của nguồn J (Hõnh 1.13a) # Điện trở R ° Điện trở R đặc trưng cho một vật dẫn về mặt cản trở dũng điện chạy
qua Về hiện tượng năng lượng, điện trở R đặc trưng cho tiêu tán, biến đổi điện năng tiêu thụ thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, (Hỡnh 1.13b) HOnh 1.13a HOnh 1.13b g Dién cam L Cho qua cuộn dõy L (hénh 1.14) một dũng điện ¡, thỡ sẽ sinh ; + UL _ ra từ thụng múc vũng với cuộn dõy 1 là: ø=N.Ơ g—>—Í YY —— Điện cảm L của cuộn dây được định nghĩa là: — mm" ii (1-12) a +
Đơn vị của điện cảm là H (Henry) Hỡnh 1.14 : Điện cảm
Nếu dũng điện ¡ biến thiên theo thời
gian t và cuộn dây cảm ứng suất điện động tự cảm e¡, khi L = const _đt rủi
dt dt (1-13)
Trang 39€L= Lai dt (1-14) Công suất cuộn dây nhận: uy =— # di =u,i=Li— PL L dt Năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn dây: We =[p.at = [lid 0 0 (1-15) vay: Wy = 1172, 2 (1-16) h Hỗ cảm M:
Hiện tượng hỗ cảm là hiện
tượng suất hiện từ trường trong một Yi Pat
cuộn dðy do dũng điện biến thiờn ~ trong cuộn dõy khỏc tạo nờn (hốnh
1.15) là hai cuộn dõy cú liờn hệ hỗ cảm nhau Từ thụng múc vũng qua cuộn dõy 1 gồm hai thành phần 1 i 2 -2 fị=Wi TY; (1-17) trong đó: Hỡnh 1.15: Hiện tượng hỗ cảm ø¡¡: từ thụng múc vũng với cuộn
doy 1 do chénh diing dién i; tao nén
ø¡;: từ thụng múc vũng với cuộn dõy 1 do chớnh dũng điện i, tao nén Tương tự từ thụng múc vũng với cuộn dõy 2:
By = Poo + Poy (1-18)
øz;: từ thụng múc vũng với cuộn dõy 2 do chớnh dũng điện 1; tạo nên,
ø›¡: từ thụng múc vũng với cuộn dõy 2 do chớnh dũng điện I¡ tạo nên Trường hợp trong môi trường là tuyến tính ta có: 1 1 1 2 « M—< Yi = Lit, Po=tMpio + se e° + 1-19 X;;= Lyin, Po, = + Myii; _ (1-20) « ® Với L¡ Lạ tương ứng là hệ số cảm của cuộn dây I và 2
Mì; = Mại =M là hệ số hỗ cảm của hai cuộn dây Thay 1-19 và 1-20 vào 1-17 và 1-18 ta được:
Trang 40ba = Lyi; + + Mi, (1-21)
W, = Lạ + Mi, (1-22)
Việc chọn dấu (+) hoặc đấu (-) trước M trong biểu thức trên phụ thuộc vào chiều
dây cuốn các cuộn dây cũng như chiều i; và i; Nếu cực tính của các u và u; và
chiều dương của 1¡ và 1¿ được chọn như hỡnh 1-15 thé theo định luật cảm ứng điện từ Faraday ta có: no on, Me | L, diy, yin dt dt dt dt dt (1-23) "`" dt dt dt dt dt (1-24)
Cũng như điện cam L, đơn vị của hỗ cảm M là Henry (H) Ta thường ký hiệu hỗ cảm giữa hai cuộn dõy bằng chữ M và mũi tờn hai chiều như hỡnh 1-16 và dựng cóch đánh dấu hai cực cùng tính của cuộn dây bằng dấu chấm Để xác định dấu của phương trỡnh 1-23 và 1-24 Nếu hai dũng i; và i; cùng đi vào (hoặc cùng đi ra) các
cực tính đỏnh dấu ấy thỡ từ thụng hỗ cảm ø; và tự cảm ø¡; cùng chiều Cực cùng tính phụ thuộc vào chiều quấn dây và các vị trí các cuộn dây
Từ định luật Lentz, với quy ước đánh dấu các cực cùng tính như trên, có thể SUY ra qui tắc sau đề xác định dấu (+) hoặc (-) trước biểu thức M.di /dt của điện áp hỗ cảm Nếu dũng điện ¡ có chiều + đi
vào đầu có dấu chấm trong một i M iy
cuộn dây và điện áp có cực tính + ở o>: af đầu có dấu chấm trong cuộn dõy kia + s ôÂ + tho điện áp hỗ cảm là M.di/dt, UI L, 3 Ệ L, uạ