1 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC MẠCH ĐIỆN NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành theo Quyết định số[.]
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành theo Quyết định số: /QĐ….ngày ……tháng… năm 2019 ……của…… Ninh Bình, năm 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc 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 Giáo trình mạch điện đƣợc biên soạn sở chƣơng trình đào tạo nghề Điện công nghiệp đƣợc chỉnh sửa phê duyệt Giáo trình Mạch điện dùng để giảng dạy trình độ Cao đẳng đƣợc biên soạn theo nguyên tắc quan tâm đến: tính định hƣớng thị trƣờng lao động, tính hệ thống khoa học, tính ổn định linh hoạt, hƣớng tới liên thông, chuẩn đào tạo nghề khu vực giới, tính đại sát thực với sản xuất Nội dung giáo trình gồm chƣơng: Chƣơng 1: Các khái niệm mạch điện Chƣơng 2: Mạch điện chiều Chƣơng 3: Dòng điện xoay chiều hình sin Chƣơng 4: Mạch ba pha Áp dụng việc đổi phƣơng pháp dạy học, giáo trình biên soạn phần lý thuyết thực hành Giáo trình đƣợc biên soạn theo hƣớng mở, kiến thức rộng cố gắng tính ứng dụng nội dung đƣợc trình bày Trên sở tạo điều kiện để trƣờng sử dụng cách phù hợp với điều kiện sở vật chất Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi sai sót, ban biên soạn mong đƣợc góp ý bạn đọc để giáo trình đƣợc hồn thiện Ninh Bình, ngày tháng năm 2019 Chủ biên Ths Phạm Thị Hƣơng Sen MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN Mã môn học: MH 08 III NỘI DUNG MÔN HỌC: CHƢƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mạch điện mơ hình 1.1 Mạch điện 1.2 Các tƣợng điện từ 1.3 Mơ hình mạch điện 10 1.3.1 Phần tử điện trở 10 1.3.2 Phần tử điện cảm 11 1.3.3 Phần tử điện dung 11 1.3.4 Phần tử nguồn 12 1.3.5 Phần tử thật 13 Các khái niệm mạch điện 13 2.1 Dòng điện chiều qui ƣớc dòng điện 13 2.2 Cƣờng độ dòng điện 14 2.3 Mật độ dòng điện 15 Các phép biến đổi tƣơng đƣơng 15 3.1 Ghép nguồn chiều 15 3.1.1 Mắc nối tiếp 15 3.1.2 Mắc song song 16 3.1.3 Mắc hỗn hợp 16 3.2 Ghép phụ tải chiều 18 3.2.1 Điện trở mắc nối tiếp 18 3.2.2 Điện trở mắc song song 18 3.3 Biến đổi - Y Y - 18 CHƢƠNG 2: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 20 Các định luật biểu thức mạch chiều 20 1.1 Định luật Ohm 20 1.2 Công suất điện mạch chiều 20 1.3 Các định luật Kirchooff 22 1.3.1 Các khái niệm (nhánh, nút, vòng) 22 1.3.2 Các định luật Kirchooff 23 1.4 Định luật Joule -Lenz (định luật ứng dụng) 24 1.5 Định luật Faraday (hiện tƣợng; định luật ứng dụng) 25 1.6 Hiện tƣợng nhiệt điện (hiện tƣợng ứng dụng) 27 Các phƣơng pháp giải mạch chiều 29 2.1 Phƣơng pháp biến đổi điện trở 29 2.2 Phƣơng pháp xếp chồng dòng điện 30 2.3 Phƣơng pháp dòng điện nhánh 31 2.4 Phƣơng pháp dòng điện vòng 32 2.5 Phƣơng pháp điện nút 33 Thí nghiệm mạch điện chiều 36 CHƢƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 43 Khái niệm dòng điện xoay chiều 43 1.1 Dòng điện xoay chiều 43 1.2 Chu kỳ tần số dòng điện xoay chiều 43 1.3 Nguyên lý tạo sđđ xoay chiều hình sin pha 44 1.4 Các đại lƣợng đặc trƣng 45 1.5 Pha lệch pha 46 Giải mạch xoay chiều không phân nhánh 51 2.1 Giải mạch R-L-C 51 2.1.1 Mạch xoay chiều trở 51 2.1.2 Mạch điện có điện cảm L 52 2.1.3 Mạch xoay chiều dung 54 2.1.4 Mạch xoay chiều có RLC mắc nối tiếp 56 2.2 Giải mạch có nhiều phần tử mắc nối tiếp 58 2.3 Cộng hƣởng điện áp 60 Giải mạch xoay chiều phân nhánh 61 3.1 Phƣơng pháp đồ thị véc-tơ (phƣơng pháp Fresnel) 61 3.2 Phƣơng pháp tổng dẫn 62 3.3 Cộng hƣởng dòng điện 64 Hệ số công suất 65 4.1 Định nghĩa ý nghĩa hệ số công suất 65 4.2 Các biện pháp nâng cao cos 66 Khái niệm số phức 68 5.1 Khái niệm phép tính số phức 68 5.1.1 Khái niệm 68 5.1.2 Một số phép tính số phức 68 5.2 Biểu diễn lƣợng hình sin số phức 69 5.3 Phức tổng trở 69 Giai mạch xoay chiều số phức 70 6.1 Các định luật KIẾC KHỐP dƣới dạng phức 70 6.2 Phƣơng pháp biến đổi điện trở 70 6.3 Giải mạch xoay chiều phƣơng pháp dòng nhánh 71 6.4 Giải mạch xoay chiểu phƣơng pháp dòng vòng 72 Thí nghiệm mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp 73 7.1 Mục tiêu 73 7.2 Nội dung 73 CHƢƠNG 4: MẠCH BA PHA 84 Khái niệm chung 84 1.1 Hệ thống ba pha đối xứng 84 1.2 Đồ thị dạng sóng đồ thị véc tơ 85 1.3 Đặc điểm ý nghĩa 85 Sơ đồ đấu dây mạch ba pha đối xứng 86 2.1 Các định nghĩa 86 2.2 Đấu dây hình (Y) 87 2.3 Đấu dây hình tam giác () 89 Đấu phụ tải ba pha hình 91 3.1 Mạch ba pha có dây trung tính 91 3.1.1 Mạch ba pha khơng đối xứng có trở kháng đƣờng dây 91 3.2 Mạch ba pha dây trung tính 93 3.2.1 Công suất mạng ba pha cân 93 3.2.2 Mạch ba pha có phụ tải nối hình 95 3.2 Mạch ba pha dây trung tính 96 Đấu phụ tải ba pha hình tam giác 98 4.1 Phụ tải không cân 98 4.2 Phụ tải cân 99 Mạch ba pha có nhiều phụ tải mắc nối tiếp song song 100 Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha 101 6.1 Mục tiêu 101 6.2 Nội dung 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MẠCH ĐIỆN Mã mơn học: MH 09 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học mạch điện đƣợc bố trí học sau mơn học chung học trƣớc mơn học, mơ đun chun mơn nghề - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở, thuộc môn học đào tạo nghề Mục tiêu môn học: * Về kiến thức: - Phát biểu đƣợc khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha - Giải thích đƣợc số ứng dụng đặc trƣng theo quan điểm kỹ thuật điện * Về kỹ năng: - Tính tốn đƣợc thơng số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha trạng thái xác lập độ - Vận dụng đƣợc phƣơng pháp phân tích, biến đổi mạch để giải toán mạch điện hợp lý - Vận dụng phù hợp định lý phép biến đổi tƣơng đƣơng để giải mạch điện phức tạp * Về lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện tính cận thận, tỉ mỉ tính tốn q trình học tập III NỘI DUNG MƠN HỌC: Nội dung tổng quát bổ thời gian: Thời gian (giờ) Số TT Tên chƣơng, mục Tổng Lý số thuyết Chƣơng Các khái niệm mạch điện Mạch điện mơ hình Các khái niệm mạch điện Các phép biến đổi tƣơng đƣơng Kiểm tra 13 3 1 Thực hành, thí Kiểm nghiệm, thảo tra luận, tập 3 1 Chƣơng Mạch điện chiều Các định luật biểu thức mạch chiều Các phƣơng pháp giải mạch chiều 20 12 3 4 Thời gian (giờ) Số TT Tên chƣơng, mục Tổng Lý số thuyết Thí nghiệm mạch điện chiều Kiểm tra Chƣơng Dòng điện xoay chiều hình sin Khái niệm dịng điện xoay chiều Giải mạch xoay chiều không phân nhánh Giải mạch xoay chiều phân nhánh Kiểm tra Hệ số công suất Khái niệm số phức Giải mạch điện xoay chiều số phức Thí nghiệm mạch xoay chiều RLC nối tiếp Kiểm tra Thực hành, thí Kiểm nghiệm, thảo tra luận, tập 1 30 13 15 2 5 2 1 1 5 1 Chƣơng Mạch ba pha Khái niệm chung Sơ đồ đấu dây mạng ba pha cân Đấu phụ tải ba pha hình ( Y) Kiểm tra Đấu phụ tải ba pha hình tam giác ( Δ ) Giải mạch ba pha có nhiều phụ tải đấu song song Thí nghiệm đấu phụ tải ba pha Kiểm tra Cộng 27 13 1 2 4 1 2 1 90 12 42 42 CHƢƠNG CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mã chƣơng: MH09.01 Giới thiệu: Ở chƣơng ta làm quen với khái niệm mạch điện, phép biến đổi tƣơng đƣơng nhằm đƣa mạch điện dạng đơn giản Mục tiêu: - Phân tích đƣợc nhiệm vụ, vai trò phần tử cấu thành mạch điện nhƣ: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lƣờng, đóng cắt - Giải thích đƣợc cách xây dựng mơ hình mạch điện, phần tử mạch điện Phân biệt đƣợc phần tử lý tƣởng phần tử thực - Phân tích giải thích đƣợc khái niệm mạch điện, hiểu vận dụng đƣợc biểu thức tính tốn Nội dung chính: Mạch điện mơ hình Mục tiêu: - Phân tích đƣợc nhiệm vụ, vai trị phần tử cấu thành mạch điện nhƣ: nguồn điện, dây dẫn, phụ tải, thiết bị đo lƣờng, đóng cắt - Giải thích đƣợc tƣợng điện từ xảy mạch điện - Nhận biết đƣợc thiết bị sử dụng đƣợc dụng cụ đo mạch điện 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện đƣợc nối lại với dây dẫn tạo thành mạch vịng kín, dịng điện chạy qua Mạch điện thƣờng gồm thành phần sau: nguồn điện, phụ tải, dây dẫn a Nguồn điện: thiết bị phát điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lƣợng khác (nhƣ năng, quang năng, nhiệt ) thành điện Ví dụ: Pin, ăcquy biến đổi hoá thành điện Máy phát điện biến đổi thành điện Pin mặt trời biến đổi lƣợng xạ mặt trời thành điện b Phụ tải (tải): thiết bị tiêu thụ điện biến đổi điện thành dạng lƣợng khác ( nhƣ năng, nhiệt năng, quang ) Ví dụ: Động điện tiêu thụ điện biến điện thành Bàn là, bếp điện biến điện thành nhiệt Bóng điện biến điện thành quang c Dây dẫn: có nhiệm vụ truyền tải điện (từ nguồn tới phụ tải tiêu thụ) dùng để nối thành phần mạch điện Ngồi yếu tố mạch điện cịn có thiết bị phụ trợ khác để: Đóng cắt điều khiển mạch điện nhƣ cầu dao, aptomat, côngtăc Đo lƣờng đại lƣợng mạch điện nhƣ ampe kế, vơn kế, ốt kế Bảo vệ mạch điện nhƣ cầu chì, rơle, aptơmát 1.2 Các tƣợng điện từ Các tƣợng điện từ có nhiều dạng nhƣ: tách sóng, tạo hàm, tạo sóng, biến áp, khuếch đại… Tuy nhiên xét theo quan điểm lƣợng trình điện từ mạch điện quy hai tƣợng lƣợng tƣợng biến đổi lƣợng tƣợng tích phóng lƣợng điện từ 1.2.1 Hiện tƣợng biến đổi lƣợng Hiện tƣợng biến đổi lƣợng gồm hai loại: Hiện tƣợng nguồn: tƣợng biến đổi dạng lƣợng nhƣ năng, hoá năng… thành lƣợng điện từ Hiện tƣợng tiêu tán: tƣợng biến đổi lƣợng điện từ thành dạng lƣợng khác nhƣ nhiệt, cơ, quang, hố năng… tiêu tán khơng hồn trở lại mạch 1.2.2 Hiện tƣợng tích phóng lƣợng Hiện tƣợng tích phóng lƣợng điện từ tƣợng mà lƣợng điện từ đƣợc tích phóng vào vùng khơng gian có tồn trƣờng điện từ đƣa từ vùng trở lại bên ngồi Để thuận tiện cho trình nghiên cứu, ngƣời ta coi tồn trƣờng điện từ thống gồm mặt thể điện trƣờng từ trƣờng Vì tƣợng tích phóng lƣợng điện từ gồm tƣợng tích phóng lƣợng điện trƣờng tƣợng tích phóng lƣợng từ trƣờng Dịng điện trƣờng điện từ có liên quan chặt chẽ với nên thiết bị xảy tƣợng: biến đổi tích phóng lƣợng Nhƣng thiết bị tƣợng lƣợng xảy mạch tƣợng lƣợng Ví dụ: ta xét phần tử điện trở thực, tụ điện, cuộn dây, ắcquy Trong điện trở thực: chủ yếu xảy tƣợng tiêu tán biến đổi lƣợng trƣờng điện từ thành nhiệt Nếu trƣờng điện từ biến thiên khơng lớn bỏ qua dịng điện dịch (giữa vòng dây quấn lớp điện trở) so với dòng điện dẫn bỏ qua sức điện động cảm ứng so với sụt áp điện trở, nói cách khác bỏ qua tƣợng tích phóng lƣợng tích phóng lƣợng điện từ Trong tụ điện chủ yếu là: tƣợng tích phóng lƣợng điện trƣờng Ngồi điện mơi cốt tụ có độ dẫn điện hữu hạn nên tụ xảy tƣợng tiêu tán biến đổi điện thành nhiệt Trong cuộn dây chủ yếu là: tƣợng tích phóng lƣợng từ trƣờng Ngồi dịng điện gây tổn hao nhiệt dây dẫn cuộn dây nên cuộn dây xảy tƣợng tiêu tán Trong cuộn dây cịn xảy tƣợng tích phóng lƣợng điện trƣờng nhƣng thƣơng yếu bỏ qua tần số làm việc không lớn Trong ăcquy là: xảy tƣợng nguồn biến đổi từ hoá sang điện năng, đồng thời xảy tƣợng tiêu tán biến đổi từ điện thành nhiệt 1.3 Mơ hình mạch điện Mạch điện gồm nhiều phần tử, làm việc nhiều tƣợng điện từ xảy phần tử Khi tính tốn ngƣời ta thay mạch điện thực mơ hình mạch điện Mơ hình mạch điện sơ đồ thay mạch điện thực, q trình lƣợng điện từ kết cấu hình học giống nhƣ mạch thực Mơ hình mạch điện gồm nhiều phần tử lý tƣởng đặc trƣng cho trình điện từ mạch đƣợc ghép nối với tuỳ theo kết cấu mạch Sau ta xét phần tử lý tƣởng mơ hình mạch điện 1.3.1 Phần tử điện trở Đặc trƣng cho vật dẫn mặt cản trở dòng điện Về lƣợng, điện trở R đặc trƣng cho trình biến đổi tiêu thụ điện thành dạng lƣợng khác nhƣ năng, quang năng, nhiệt Kí hiệu: R Hình 1.1 Kí hiệu điện trở Đơn vị điện trở (ơm), k = 103 Cho dịng điện i chạy qua điện trở R gây sụt áp điện trở u R Theo định luật Ơm quan hệ dịng điện i điện áp uR là: uR = i.R Công suất tiêu thụ điện trở p = uR.i = i2.R Nhƣ điện trở R đặc trƣng cho công suất tiêu tán điện trở Điện tiêu thụ điện trở khoảng thời gian t 10 ... tƣợng điện từ xảy mạch điện - Nhận biết đƣợc thiết bị sử dụng đƣợc dụng cụ đo mạch điện 1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện đƣợc nối lại với dây dẫn tạo thành mạch vịng kín, dịng điện. .. luật mạch điện Với đoạn mạch I U R I: Cƣờng độ dòng điện (A) U: Điện áp (V) R: Điện trở () Với toàn mạch: I E R E: Sức điện động (V) Định luật Ohm nêu mối quan hệ dịng điện điện áp mạch điện. .. tốn ngƣời ta thay mạch điện thực mơ hình mạch điện Mơ hình mạch điện sơ đồ thay mạch điện thực, q trình lƣợng điện từ kết cấu hình học giống nhƣ mạch thực Mơ hình mạch điện gồm nhiều phần tử