Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Điện kỹ thuật cung cấp cho người học những kiến thức như: Các khái niệm cơ bản về mạch điện; Mạch điện một chiều; Từ trường và cảm ứng điện từ; Dòng điện xoay chiều hình sin; Mạch điện phi tuyến. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình!
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐIỆN KỸ THUẬT NGÀNH, NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng năm 2017 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU thu t điện môn học c s c a nghề Điện tử công nghiệp biên soạn d a th o chư ng trình khung y d ng ban hành năm 20 c a trư ng Cao đ ng nghề Đồng Tháp trước đ y dành cho nghề Điện tử công nghiệp hệ Cao đ ng Trung cấp Giáo trình biên soạn làm tài liệu học t p, giảng dạy trình độ Cao đ ng nên tài liệu y d ng m c độ đ n giản d hiểu, m i học có thí dụ t p tư ng ng để áp dụng làm sáng t ph n l thuyết hi biên soạn, ngư i viết d a kinh nghiệm th c tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo trình có c p nh t kiến th c có liên quan để phù hợp với nội dung chư ng trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu c u th c tế Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng th i gian đào tạo 45 tiết gồm có: Chư ng MH09-01: Các khái niệm c mạch điện Chư ng MH09-02: Mạch điện chiều Chư ng MH09-03: Từ trư ng cảm ng điện từ Chư ng MH09-04: Dịng điện oay chiều hình sin Chư ng MH09-05: Mạch điện phi tuyến Giáo trình c ng tài liệu tham khảo t t cho nghề Công nghệ k thu t Điện – Điện tử, Điện tử d n dụng, Điện công nghiệp, thu t máy lạnh ĐH Mặc dù c gắng t ch c biên soạn để đáp ng mục tiêu đào tạo khơng tránh thiếu sót Rất mong nh n s đóng góp kiến c a u th y, cô, bạn sinh viên để l n tái sau điều ch nh hoàn thiện h n Đồng Tháp, ngày tháng 10 năm 2017 Tham gia biên soạn Phạm Bảo Nhân MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN…………………………………………………………1 Chư ng CÁC HÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Mạch điện mơ hình 1.1.1 Mạch điện 1.1.2 Các tượng điện từ 1.1.3 Mơ hình mạch điện 1.2 Các khái niệm c mạch điện 1.3 Các phép biến đ i tư ng đư ng 10 1.3.1 Biến đ i điện tr n i tiếp, song song 10 1.3.2 Biến đ i nguồn 11 1.3.3 Phép biến đ i - tam giác 11 Chư ng MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 14 2.1 Các định lu t biểu th c c mạch điện chiều 16 2.1.1 Định lu t Ohm 16 2.1.2 Công suất điện mạch điện chiều 17 2.1.3 Định lu t Joul -Lenz 17 2.1.2.1 Định lu t Joul _L nz dạng thư ng 17 2.1.2.2 Định lu t Joul _L nz dạng vi ph n 18 2.1.4 Định lu t Faraday 18 2.1.5 Hiện tượng nhiệt điện (Ứng dụng c a tượng nhiệt điện) 19 2.1.6 Định lu t irchhoff ( ) 20 2.1.7 Định lu t irchhoff ( 2) 20 2.2 Các phư ng pháp giải mạch điện chiều 21 2.2.1 Phư ng pháp biến đ i điện tr 21 2.2.2 Phư ng pháp ếp chồng 21 2.2.3 Phư ng pháp ng dụng định lu t irchhoff 22 2.2.4 Phư ng pháp dòng điện nhánh 23 2.2.5 Phư ng pháp dòng điện mạch vòng 24 2.2.6 Phư ng pháp điện áp nút 25 2.2.7 Phép biến đ i mạng cửa (hai c c) không nguồn 27 2.2.8 Phép biển đ i Th v nin – Norton 28 Chư ng TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 37 3.1 Đại cư ng từ trư ng 37 3.2 Từ trư ng c a dòng điện 38 3.3 Các đại lượng đặc trưng c a từ trư ng 39 3.4 L c từ 40 3.5 Hiện tượng cảm ng điện từ 42 3.6 Hiện tượng t cảm h cảm 45 Chư ng DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 51 4.1 hái niệm dòng điện oay chiều 51 4.2 Giải mạch điện oay chiều không ph n nhánh 55 4.3 Mạch oay chiều pha 72 4.4 Giải mạch oay chiều ph n nhánh 81 Chư ng MẠCH ĐIỆN PHI TUYẾN 109 5.1 Mạch điện phi tuyến 108 5.2 Mạch điện có dịng điện khơng sin 112 5.3 Mạch lọc điện 114 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số mơn học: MH 09 I.Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: Mơn học b trí sau học sinh học ong môn học chung, trước mô đun nghề Đ y môn học l thuyết c s giúp cho học sinh có khái niệm ban đ u chuyên ngành điện điện tử Môn học cung cấp kiến th c c ph n cấu thành mạch điện chiều oay chiều, phư ng pháp biểu di n giải mạch điện từ đ n giản đến ph c tạp phư ng pháp khác d a c s l thuyết khác Học t t môn học này, học sinh có c s để tiếp thu t t h n môn học c s chuyên ngành khác c a chư ng trình đào tạo chuyên ngành điện tử cơng nghiệp I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Là mơn học c s b trí dạy từ đ u khóa học, trước học mơn chun mơn - Tính chất: Là mơn học bắt buộc II Mục tiêu môn học: - Về kiến th c: + Trình bày định lu t c điện học, ng dụng k thu t điện + Trình bày khái niệm c điện áp, dòng điện chiều, oay chiều, định lu t c mạch điện chiều oay chiều + Trình bày khái niệm c từ trư ng, v t liệu từ, m i liên hệ từ trư ng đại lượng điện, ng dụng mạch từ k thu t - k năng: + V n dụng biểu th c để tính tốn thơng s k thu t mạch điện chiều, oay chiều, mạch ba pha trạng thái ác l p + Ph n tích s đồ mạch đ n giản, biến đ i mạch ph c tạp thành mạch điện đ n giản - Về l c t ch trách nhiệm: + Có l c đánh giá kết học t p nghiên c u c a + T học t p, tích l y kiến th c, kinh nghiệm để n ng cao trình độ chun mơn + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, t m , ác học t p III Nội dung môn học: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Số TT Tổng số Tên chương, mục Chương 1: Các khái niệm mạch điện Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, Kiểm tra(thường xuyên tập định kỳ ) 16 14 Mạch điện mơ hình: Các khái niệm c mạch điện: Các phép biến đ i tư ng đư ng: Chương 2: Mạch điện chiều hái niệm mạch điện chiều Mơ hình mạch điện Các định lu t biểu th c c mạch điện chiều Các phư ng pháp giải mạch điện chiều Chương 3: Từ trường cảm ứng điện từ Đại cư ng từ trư ng Từ trư ng c a dòng điện Các đại lượng đặc trưng c a từ trư ng L c từ Hiện tượng cảm ng điện từ Hiện tượng t cảm h cảm iểm tra Chương 4: Dòng điện xoay chiều hình sin hái niệm dịng điện oay chiều 2.Giải mạch oay chiều không phân nhánh 3.Mạch oay chiều pha Giải mạch nhánh oay chiều ph n Ứng dụng c a mạch điện oay chiều công nghiệp iểm tra Chương 5: Mạch điện phi tuyến 1 Ơn t p 1 Thi kết thúc mơn 1 Cộng 45 37 Mạch điện phi tuyến Mạch điện có dịng điện khơng sin Mạch lọc điện Hình 2.6 2.24 Cho mạch điện hình có : E1 = 125V; E2 = 10V; R1 = 3; R2 = 2; R3=4 Tìm dịng điện nhánh điện áp đặt vào tải R3 pp điện nút Hình 2.7 2.25 Xác định dòng điện nhánh c a mạch điện hình 2.8 Biết: E1=120V, E2=110V, R1=R2=1, R3=2, R4=9 Hình 2.8 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG Nội dung: + Về kiến th c: - Nguồn điện chiều chiều quy ước, dòng điện chiều, điện áp Một số yếu tố cấu thành mạch điện Cường độ điện trường Một số định luật mạch điện (Định luật ôm, Định luật Joule – L nz…) 36 - Một số phương pháp giải mạch điện (Phương pháp biến đổi tương đương, áp dụng định luật…) + Về k năng: - Giải tập mạch điện chiều + Thái độ: T m , c n th n, xác Phư ng pháp: - iến th c: Được đánh giá hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm năng: Đánh giá k tính tốn t p - Thái độ: Đánh giá phong cách học t p Chương TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Mã chương: MH 09 - 03 Giới thiệu: Trong th c tế ph n lớn thiết bị điện, máy điện… làm việc nh s tác dụng c a từ trư ng, việc nghiên c u từ trư ng cảm ng điện từ giúp ngư i học hiểu rõ h n thiết bị điện để từ tính tốn, sửa chữa cải tiến, sang tạo thiết bị điện, mạch điện, mạch máy Cảm ng điện từ c s để hiểu nghiên c mạch điện, máy phát điện động c điện… Mục tiêu: - Biết giải thích s khái niệm từ trư ng c a nam ch m vĩnh cửu - Áp dụng giải t p c từ trư ng cảm ng điện từ - Có th c t giác học t p Nội dung Đại cương từ trường 1.1 Tương tác từ Đặt kim nam ch m g n d y dẫn có dịng điện I chạy qua, ta thấy kim nam ch m bị quay lệch hi đ i chiều dòng điện qua d y, kim nam ch m lệch th o chiều ngược lại Mặt khác, ta đưa nam ch m lại g n cuộn d y có dịng điện, cuộn d y bị hút bị đ y b i nam ch m Như v y, ung quanh d y dẫn mang dịng điện có tồn từ trư ng, biểu c a tác dụng l c lên kim nam ch m hay d y dẫn mang điện khác L c gọi l c tư ng tác từ 37 Th c nghiệm ch ng t ung quanh d y dẫn mang dòng điện, hay t ng quát h n: ung quanh hạt điện tích chuyển động ln ln tồn từ trư ng Ngược lại, từ trư ng c ng ch uất n i có điện tích chuyển động 1.2 Khái niệm từ trường - Từ trư ng dạng v t chất tồn không gian mà biểu cụ thể s uất c a l c từ tác dụng lên nam ch m hay dịng điện đặt - Đặc trưng c a từ trư ng cảm ng từ k hiệu đ n vị c a cảm ng từ T ( Tesla) uy ước : Hướng c a từ trư ng điểm hướng Nam - Bắc c a kim nam ch m c n điểm 1.3 Đường sức từ - Đư ng s c từ đư ng vẽ khơng gian có từ trư ng cho tiếp tuyến m i điểm có hướng trùng với hướng c a c a từ trư ng điểm - T p hợp đư ng s c c a từ trư ng gọi từ ph Chiều c a đư ng s c c c Bắc N vào c c Nam S uy ước : Vẽ đư ng cảm ng từ cho ch từ trư ng mạnh đư ng s c dày ch từ trư ng yếu đư ng s c từ thưa N N S S Hình : Đư ng s c từ Từ trường dòng điện 2.1 Từ trường dây dẫn thẳng - Đư ng s c từ c a dòng điện d y dẫn th ng vòng tròn đồng t m nằm mặt ph ng vng góc với trục d y dẫn, t m vòng tròn nằm trục d y dẫn Hình 3.2: Từ trư ng c a d y dẫn th ng 38 - Chiều c a đư ng s c từ ác định th o quy tắc vặn nút chai: “Vặn cho m nút chai tiến th o chiều dịng điện chiều quay c a cán vặn nút chai chiều c a đư ng s c” Hình 3.3: Từ trư ng 2.2 Từ trường vòng dây, ống dây c a vòng d y Đư ng s c từ c a dòng điện vòng d y trịn đư ng cong kín bao quanh dây dẫn, nằm mặt ph ng pháp tuyến qua t m vòng d y Riêng đư ng s c qua t m d y đư ng th ng trùng với trục c a vòng d y Chiều c a đư ng s c từ vòng d y ác định th o quy tắc vặn nút chai Hình 3.4: Từ trư ng c a ng d y Từ trường dòng điện ống dây: Đư ng s c từ tư ng t c a vòng d y Nếu chiều dài ng d y lớn h n nhiều so với đư ng kính ng d y đư ng s c lòng ng d y song song với Các đại lượng đặc trưng từ trường 3.1 Sức từ động Dòng điện nguồn tạo từ trư ng, khả g y từ c a d y dẫn có dịng điện gọi l c từ hóa hay s c từ động (stđ) c a d y dẫn k hiệu F Nếu cuộn d y có W vịng d y l c từ hóa mạnh gấp W l n d y dẫn có dòng điện Như v y, s c từ động F tỷ lệ với s vòng c a cuộn d y có dịng điện F I W (3.1) Nếu cho I = A, W = vịng F = A.vịng Đ n vị c a s c từ động F Amp _vòng (A.vg) hay gọi tắt Amp (A) Chiều c a s c từ động chiều c a đư ng s c lòng cuộn d y Do đó, ác định quy tắc vặn nút chai 3.2 Cường độ từ trường, cường độ từ cảm Cường độ từ trường: Cư ng độ từ trư ng đặc trưng cho độ mạnh c a từ trư ng điểm ét 39 Cư ng độ từ trư ng đại lượng v ct ác định sau : - Phư ng c a H : Là phư ng c a tiếp tuyến với đư ng s c điểm ét - Chiều c a H : Cùng chiều với đư ng s c từ qua điểm ét Độ lớn: tỷ lệ với dòng điện từ hóa phụ thuộc vào d y dẫn mang điện c ng vị trí c a điểm ác định Cư ng độ từ trư ng H ác định b i s c từ động ph n b đ n vị dài H Đ n vị: F I W l l (3.2) H F Ampe A / m l met Cường độ tự cảm: Đại lượng đặc trưng cho tác dụng l c c a từ trư ng cư ng độ t cảm, hay cảm ng từ, k hiệu B F H B (3.3) I l I Nếu cho F = N, I = A, l = m B = T sla (T) T sla cư ng độ t cảm điểm đặt d y dẫn dài Amp chịu tác dụng l c N wton mét, mang dòng điện 3.3 Vật liệu từ Phân loại: Căn c vào hệ s từ môi ( tư ng đ i, ngư i ta chia v t liệu từ làm loại : - v t liệu từ thư ng - v t liệu sắt từ: gồm v t liệu sắt từ mềm v t liệu sắt từ c ng a) Vật liệu từ thường: V t liệu từ thư ng v t liệu từ có hệ s ( ấp s đ n vị Ở loại v t liệu này, mơi trư ng có ảnh hư ng không đáng kể đến từ trư ng V t liệu từ chia làm loại: - v t liệu thu n từ: có ( > khơng khí, nhôm, thiếc) Từ trư ng v t liệu thu n từ h i lớn h n so với môi trư ng ch n không chút - v t liệu nghịch từ: có ( < , đồng, chì, bạc, kẽm) Từ trư ng v t liệu nghịch từ h i nh h n ch n không chút Ch ng hạn, đ i với đồng (= 0.999995) b) Vật liệu sắt từ: 40 V t liệu sắt từ loại v t liệu từ có hệ s từ môi ( lớn h n đ n vị nhiều (từ vài trăm đến vài vạn) phụ thuộc vào cư ng độ từ trư ng Vật liệu sắt từ: V t liệu sắt từ chia th o tính chất k thu t: Vật liệu sắt từ mềm: Đặc điểm c a loại v t liệu từ mềm : - Từ trư ng khử từ nh (< 400 A/m) - Hằng s từ môi lớn - T n hao từ tr nh V t liệu sắt từ mềm gồm có thép k thu t điện, thép carbon, thép k thu t điện, hợp kim sắt kền có hệ s từ mơi cao, o it sắt từ (f rit) - Thép k thu t (gang): dùng làm mạch từ từ trư ng không đ i - Thép k thu t điện: hợp kim c a sắt silic ( – 4%), = 7500 - P cmaloi: hợp kim c a sắt - niken, ngồi cịn có crom, silic, nhơm P cmaloi có s từ mơi lớn gấp ( - l n) so với thép k thu t điện = 6000 - F rit: gồm bột o it sắt, kẽm s nguyên t khác F rit có điện tr suất lớn nên th c tế coi khơng dẫn điện nên dịng điện điện ốy chạy f rit nh cho phép dùng f rit làm mạch từ Vật liệu sắt từ cứng: Đặc điểm c a loại có từ dư lớn V t liệu sắt từ c ng dùng để chế tạo nam ch m vĩnh cửu Lực từ 4.1 Công thức Amper hi đặt d y dẫn th ng có dịng điện vng góc với đư ng s c c a từ trư ng uất l c điện từ tác dụng lên d y dẫn ác định sau I N F B S Hình 3.5: L c điện từ - Về trị s : L c điện từ tỷ lệ với cư ng độ t cảm, độ dài d y dẫn cư ng độ dòng điện (3.4) Đ n vị: F (N), B (T), I (A), l (m) 4.2 Qui tắc bàn tay trái 41 Về phư ng chiều c a l c tác dụng ác định th o quy tắc bàn tay trái: “Ngửa bàn tay trái cho đư ng s c từ uyên vào lòng bàn tay, chiều c a ngón tay du i th ng th o chiều dịng điện, ngón tay dỗi ch chiều c a l c điện từ” B - Trong trư ng hợp d y dẫn khơng đặt vng góc với v ct cảm ng từ mà lệch góc ≠ 90 , v ct B thành hai thành ph n: Bt Bn Bt F B Bn Hình 3.6: L c điện từ th o quy tắc bàn tay trái + Thành ph n tiếp tuyến Bt: song song với d y dẫn + Thành ph n Bn: G y nên l c điện từ Trong trư ng hợp này, trị s l c F ác định th o công th c sau : F Bn I l B I l sin (3.5) Phư ng, chiều c a l c F ác định quy tắc bàn tay trái đ i với thành ph n Bn 4.3 Lực từ tác dụng lên hai dây dẫn thẳng song song Giả sử có hai d y dẫn th ng, đặt song song nhau, cách khoảng d, có dịng điện I1, I2 qua chúng d Giả sử I1 I2 chiều: Hình : L c tác dụng lên d y dẫn song song Dòng điện I1 tạo từ trư ng B1 ch đặt d y dẫn có dịng điện I2.Ngược lại, Dịng điện I2 tạo từ trư ng B2 ch đặt d y dẫn có dịng điện I1 I I B1 B2 ; (3.6) 2 d 2 d I1 I2 F2 F1 Từ trư ng B1 tác dụng lên d y dẫn có dịng điện I2 l c F1 I F1 B1 I l I l (3.7) 2 d Từ trư ng B2 tác dụng lên d y dẫn có dịng điện I1 l c F2 I F2 B2 I1 l I1 l (3.8) 2 d l: chiều dài c a khoảng song song c a d y dẫn 4.4 Ứng dụng 42 L c điện từ thư ng áp dụng việc nghiên c u giải thích nguyên l làm việc c a máy điện chiều, máy điện không đồng ba pha, ly hợp điện từ… Hiện tượng cảm ứng điện từ 5.1 Từ thơng Tích c a cư ng độ từ cảm un qua vng góc với mặt ph ng S, gọi thơng lượng từ trư ng hay từ thông qua mặt S, k hiệu (3.9) Nếu cảm ng từ B đặt iên góc so với mặt ph ng S, hình chiếu c a v ct B lên phư ng vng góc với mặt S Bn Bn B cos với góc hợp b i đư ng s c phư ng vng góc với mặt ph ng S Từ đó: Từ đó: (3.10) Đ n vị: B.S V 2s m V s Wb m B Bn Hình 3.8: Từ thơng F 5.2 Cơng lực điện từ Hình 3.9: Cơng c a l c điện từ Như hình minh hoạ, tác dụng c a l c từ F, dẫn mang dòng điên I di chuyển đoạn r L c tác động g y chuyển động sinh công Công A = F r (3.11) Mà F = B.I.l suy ra: A = B.I.(l.r) = B.I.(SMNPQ) = I.Ф với Ф từ thông quét qua mặt SMNPQ Phát biểu: “Công c a l c điên từ tích s cư ng độ dịng điên I dẫn từ thông Ф dẫn quét ngang qua” 5.3 Hiện tượng cảm ứng điện từ Thí nghiệm: 43 Lấy ng d y điện (gồm nhiều vòng) mắc n i tiếp với điện kế G thành mạch kín Phía ng d y ta đặt nam ch m có hai c c c c Bắc (N) c c Nam (S) Thí nghiệm ch ng t : Nếu di chuyển nam ch m vào ng d y, kin c a điện kế G bị lệch Điều ch ng t ng d y uất dòng điện Dịng điện gọi dịng cảm ng,IC Hình 0: Hiện tượng cảm ng điện từ Nếu rút nam ch m a kh i ng d y kim điện kế G lệch th o chiều ngược lại Điều ch ng t dịng điện cảm ng đ i chiều Nếu dịch chuyển nam ch m b ng đột ngột dừng lại, điện kế G nhanh chóng (IC = 0) Ch ng t , dòng cảm ng nhanh Nếu thay nam ch m ng d y có dịng điện chạy qua, tiến hành thí nghiệm trên, ta c ng có kết tưu ng t Phát biểu định luật (định luật Lenz) : “Dòng điện cảm ng phải có chiều cho từ trư ng (từ thơng) sinh có tác dụng ch ng lại s biến thiên từ thông sinh nó” Giải thích: hi nam ch m (c c Bắc) di chuyển vào ng d y nam ch m gửi có chiều từ u ng tăng lên, vòng d y uất dòng ' điện cảm ng Th o định lu t L nz, dòng điện cảm ng IC sinh từ trư ng B phải ngược chiều ' với từ trư ng B c a nam ch m Vì v y, B phải hướng từ lên trên, có chiều hình vẽ - Trong trư ng hợp ta đưa nam ch m a ng d y, từ trư ng B nam ch m g i đến ng d y giảm Trong ng d y uất dòng điện cảm ng Để ' ch ng lại s giảm c a cảm ng từ B ng d y sinh cảm ng từ B chiều với B Do đó, chiều dịng điện ác định hình vẽ 44 Hình : Thí nghiệm tượng cảm ng điện từ 5.4 Sức điện động cảm ứng Giả sử có vịng dây với từ thông suyên qua uy ước chiều dư ng cho vòng d y sau : vặn cho m nút chai tiến th o chiều c a đư ng s c, chiều quay c a cán m nút chai chiều dư ng c a vịng Với quy ước đó, s c điện động cảm ng vịng d y có từ thơng biến d thiên ác định th o công th c: e (3.12) dt Hoặc th o công th c g n đúng: e (3.13) t Trong : : s gia biến thiên từ thông th i gian t Nghĩa là: “s c điện động cảm ng uất vòng d y t c độ biến thiên từ thông qua nó, ngược dấu” Dấu “-” thể s c điện động cảm ng ln ln có u hướng ch ng lại s biến thiên từ thông Đ n vị : (V), (Wb), t (s) Giả sử có dây dẫn thẳng dài l, chuyển động từ trường có từ cảm B với tốc độ v vng góc với đường sức hình vẽ Ta coi d y dẫn khép kín qua vịng lớn với cạnh đ i diện với d y dẫn nằm vị trí có cư ng độ từ cảm B = Như v y, từ thơng qua vịng kín ch a d y dẫn biến thiên lượng : B S B l b B l v.t Trong d y dẫn uất s c điện động cảm ng có trị s : (3.14) Đ n vị: e (V), B(T), l (m), v (m/s) “s c điện động cảm ng d y dẫn th ng chuyển động vng góc với đư ng s c từ, tỷ lệ với cư ng độ từ cảm B, chiều dài d y dẫn l nằm từ trư ng t c độ chuyển động v c a d y dẫn” + Quy tắc bàn tay phải: Chiều c a s c điện động ác định quy tắc bàn tay phải : “cho đư ng s c đ m vào lịng bàn tay, ngón doãi th o chiều chuyển động c a d y dẫn chiều chuyển động c a b n ngón tay cịn lại chiều c a s c điện động cảm ng” 45 e d vt v B Hình 2: chiệu c a s c điện động cảm ng Trong trư ng hợp d y dẫn chuyển động iên góc với đư ng s c từ, B , v 90 Hình 3: quy tắc bàn tay phải Ta phân v làm hai thành ph n: - Thành ph n // với B - Thành ph n vng góc với B gọi thành ph n pháp tuyến v n Nguyên nh n g y s c điện động cảm ng (3.15) Hiện tượng tự cảm hỗ cảm 6.1 Từ thông móc vịng hệ số tự cảm Cuộn d y có dịng điện qua tạo từ thơng móc vịng qua Từ thơng gọi từ thông t cảm, k hiệu L Tỷ s từ thơng t cảm L với dịng điện I chạy qua cuộn d y gọi hệ s t cảm (hay điện cảm) c a cuộn d y, k hiệu: L (3.16) Hệ s t cảm phụ thuộc vào hình dạng kích thước c a mạch điện mơi trư ng đặt mạch điện Đ n vị: L (H), (Wb), I (A) 46 1H 1Wb 1A V y: H nry hệ s t cảm c a mạch kín dịng điện cư ng độ A chạy qua sinh ch n khơng từ thơng W b qua mạch Đ i với cuộn d y hình uyến, có tiết diện S từ thơng lịng uyến là: B S 0 I W S l (3.17) Từ thông t cảm c a cuộn d y: I W L W 0 S l (3.18) đó: W s vòng d y Điện cảm c a cuộn d y : (3.19) 6.2 Sức điện động tự cảm hi cho dòng điện biến đ i qua cuộn d y, từ thông qua cuộn d y biến đ i cuộn d y uất s c điện động cảm ng gọi s c điện động t cảm, k hiệu L d L d L I di eL L (3.20) dt dt dt Dấu “-” thể chiều c a s c điện động cảm ng Năng lượng từ trường bên cuộn dây: Giả sử lúc đ u mạch đóng kín, mạch có dịng điện khơng đ i I hi đó, tồn lượng dịng điện sinh biến thành nhiệt hiệu lượng tích lu từ trư ng WM (3.21) Đ n vị: L (H), I (A), W (J) 6.3 Hệ số hỗ cảm W1 W2 W1 W1 Hình 4: Hiện tượng h cảm Xét hai cuộn d y W1 W2 g n 47 hi cuộn W1 có dịng điện điện i1 chạy qua ngồi ph n từ thơng 11 móc vịng qua cịn có ph n từ thơng 12 móc vịng qua cuộn W2 hi đó, từ thơng 12 gọi từ thơng móc vịng h cảm Tư ng t , cuộn d y W2 có dịng điện i2 chạy qua, uất từ thơng 21 móc vịng qua cuộn N1, từ thơng 21 gọi từ thơng móc vịng h cảm Từ thơng móc vịng h cảm từ cuộn W1 sang cuộn W2 : 12 W2 12 (3.22) Từ thơng móc vịng 12 tỷ lệ với dịng điện i1 , i1 lớn 12 lớn Tỷ s 12 i1 đặc trưng cho m c độ quan hệ h cảm từ cuộn W1 sang cuộn W2 gọi hệ s h cảm từ cuộn W1 sang cuộn W2 , k hiệu M12 (3.23) M 12 12 i1 Hệ s h cảm từ cuộn W2 sang cuộn W1: (3.24) M 21 21 i2 Th o nguyên l h cảm ta có: M 12 M 21 M 12 i1 21 i2 (3.25) : M hệ s h cảm hai cuộn d y trư ng hợp cuộn d y phi tuyến hệ s h cảm M: (3.26) d 12 d 21 12 21 M d i1 d i2 i1 i2 6.4 Sức điện động hỗ cảm Th o định lu t cảm ng điện từ ta có: d 12 d i1 e12 M dt dt d 21 di e21 M dt dt (3.27) (3.28) Như v y: “ trị s s c điện động h cảm tỷ lệ với t c độ biến thiên dòng điện cuộn d y hệ s h cảm chúng ” Bài tập cuối chương Bài 3.1: D y dẫn có dịng điện I = 200A, đặt từ trư ng có B = 0,8T Ph n d y dẫn nằm từ trư ng dài l = 0,5m Xác định l c tác dụng lên d y biết = 300 Hướng dẫn giải: L c điện từ: (3.5) ta có F B I l sin 0,8 200 0,5.sin 30 40 N Bài 3.2: Cho đoạn d y dẫn dài l = 20cm, có dịng điện I = 20A, đặt từ trư ng, bị đ y b i l c 0,98N Tìm cư ng độ từ cảm B 48 Hướng dẫn giải: Cư ng độ từ cảm B : F B I l B F 0,98 0,245 N I l 20.20.10 2 Bài 3.3: Cư ng độ t cảm B mặt c c c a nam ch m có trị s B = -3 T Diện tích mặt c c S = dm2 Tính từ thơng c a m i c c từ Hướng dẫn giải: Từ thông c a m i c c từ: (3.9) ta có B S 8.10 3.10 10 2 8.10 4 Wb Từ thông chạy lõi thép: B S 1,45 120 10 4 1,74 10 2 Wb Bài 3.4: Một dẫn AB dài l = 0,5m nằm từ trư ng B = ,4T Ngư i ta tác dụng l c c học Fc làm cho chuyển động với v n t c v = 20m/s th ng góc với phư ng từ trư ng Thanh dẫn trượt hai kim loại, hai đ u kim loại n i với điện tr R = 0,5 làm thành vịng kín Coi điện tr c a kim loại nh b qua Tính s.đ.đ cảm ng dẫn, csuất đtr tiêu thụ, csuất c l c c học tác dụng vào dẫn Hướng dẫn giải: S c điện động cảm ng dẫn: từ (3 5) e B l v 1,4.0,5.20 14 V Dòng điện chạy qua điện tr R: e 14 I 28 A R 0,5 Công suất điện tr tiêu thụ: Pd R.I 0,5 28 392 W Công suất c : Pc Pd 392 W L c c học tác dụng vào dẫn: P 392 Fco c 196 N v 20 Bài 3.5: Cuộn d y có điện cảm L = 0, H Dòng điện qua cuộn d y biến đ i th o quy lu t hình sin đ i với th i gian i sin 314 t A Tìm s c điện động t cảm cuộn dây Hướng dẫn giải: S c điện động t cảm ác định th o biểu th c (3.20): d 5 sin 314 t di e L L 0,1 0,1.5.314 cos 314 t 15,7 sin 314 t dt dt Bài 3.6: Một ng d y dài 20cm, đư ng kính 3cm, có quấn 400 vịng d y Dịng điện chạy d y có cư ng độ I = 20A a) Tính hệ s t cảm c a ng d y 49 b) Tính từ thơng g i qua tiết diện ngang c a vịng c) Tính lượng từ trư ng ng Hướng dẫn giải: Hệ s t cảm c a vòng d y: (3.2 ) L 0 2 4 W2 W2 R 400 1,5 10 S 0 7,1.10 4 H 10 2 l l 20.10 Từ thơng gửi qua tiết diện ngang c a vịng: L L L L I 7,1.10 4.2 14,2 10 ( Wb) I Từ thơng gửi qua vịng d y: L 14,2 10 4 L W 3.55.10 6 Wb W 400 Năng lượng từ trư ng: 1 WM L I 7,4 10 4.4 14,2 10 4 ( J ) 2 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CHƯƠNG Nội dung: + Về kiến th c: - Từ trường nam châm vĩnh cửu, từ trường dòng điện - Lực điện từ, cảm ứng điện từ - Hiện tượng hỗ cảm + Về k năng: - Giải tập từ trường cảm ứng điện từ + Thái độ: T m , c n th n, xác Phư ng pháp: - iến th c: Được đánh giá hình th c kiểm tra viết, trắc nghiệm năng: Đánh giá k tính tốn t p - Thái độ: Đánh giá phong cách học t p 50 ... 81 Chư ng MẠCH ĐIỆN PHI TUYẾN 10 9 5 .1 Mạch điện phi tuyến 10 8 5.2 Mạch điện có dịng điện khơng sin 11 2 5.3 Mạch lọc điện 11 4 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Mã... t điện môn học c s c a nghề Điện tử công nghiệp biên soạn d a th o chư ng trình khung y d ng ban hành năm 20 c a trư ng Cao đ ng nghề Đồng Tháp trước đ y dành cho nghề Điện tử công nghiệp hệ Cao. .. 1. 1 .1 Mạch điện 1. 1.2 Các tượng điện từ 1. 1.3 Mơ hình mạch điện 1. 2 Các khái niệm c mạch điện 1. 3 Các phép biến đ i tư ng đư ng 10 1. 3 .1 Biến đ i điện