Chương 1 Khái niệm cơ bản về mạch điện1 PAGE 2 BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên môn học Kỹ thuật điện NGHỀ CẮT GỌT KIM LOẠI TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Q[.]
BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mơn học: Kỹ thuật điện NGHỀ: CẮT GỌT KIM LOẠI TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày25 tháng 02 năm 2013 Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Hà Nội , năm 2013 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 Kỹ thuật điện ngành kỹ thuật ứng dụng tượng điện từ để biến đổi lượng, đo lường, điều khiển, xử lý tín hiệu Năng lượng điện ngày trở nên cần thiết đóng vai trị vơ quan trọng đời sống sản xuất người Tài liệu Kỹ thuật điện biên soạn dành cho sinh viên ngành kỹ thuật không chuyên Điện thuộc trường Cao đẳng nghề GTVT TW II Giáo trình kỹ thuật điện gồm phần: Phần Mạch điện bao gồm chương Phần Đo lường điện gồm chương Phần Máy điện bao gồm chương Phần Khí cụ điện gồm chương Tài liệu kỹ thuật điện biên soạn sở kinh nghiệm giảng dạy qua nhiều năm, cố gắng lựa chọn kiến thức phù hợp nhất, đáp ứng mục tiêu đào tạo nghề Sách viết theo tinh thần người học học môn vật lý kỹ thuật phổ thông nên không sâu vào việc lý luận tượng vật lý mà ý nhiều đến ứng dụng kỹ thuật môn học Chúng xin chân thành cảm ơn tổ môn Điện công nghiệp Hội đồng khoa học trường Cao đẳng nghề GTVT TW II có nhiều đóng góp mức độ, nội dung kinh nghiệm cho việc hình thành biên soạn sách Rất mong đóng góp, nhận xét đồng nghiệp, sinh viên bạn đọc để giáo trình hồn thiện phù hợp Ý kiến xin gửi tổ môn Điện công nghiệp- Khoa Điện – Điện tử - Trường Cao đảng nghề GTVT TW II Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2013 Chủ biên: Nguyễn Thị Minh Nguyệt MỤC LỤC TRA NG CHƯƠNG1……… ……………………………… …………………………… 11 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN……………….……………………… 11 Giới thiệu: .11 Mạch điện phần tử mạch điện…………………………………… 11 1.1 Định nghĩa mạch điện .11 1.2 Các phần tử mạch điện 12 1.3 Kết cấu mạch điện 12 1.4 Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện 12 Mơ hình mạch điện phân loại, chế độ làm việc mạch điện 13 2.1 Mơ hình mạch điện 13 2.2 Phân loại, chế độ làm việc mạch điện .16 Định luật Ôm 16 3.1 Định luật Ôm cho đoạn mạch 16 3.2 Định luật Ơm cho tồn mạch 16 Định luật Kiếchốp 17 4.1 Định luật Kiếchốp 18 4.2 Định luật Kiếchốp 18 Giải mạch điện chiều 19 5.1 Phương pháp biến đổi điện trở .19 5.2 Biến đổi (Y) thành tam giác (Δ) ngược lại 19 CHƯƠNG 28 TỪ TRƯỜNG – CÁC HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ .28 Giới thiệu .28 Khái niệm từ trường 29 1.1 Từ trường 29 1.2 Đường sức từ trường .29 Từ trường dòng điện 29 2.1 Từ trường dòng điện dây dẫn thẳng .29 2.2 Từ trường dòng điện vòng dây .30 2.3 Từ trường dòng điện ống dây 30 Các đại lượng đặc trưng từ trường 31 3.1 Cường độ từ cảm .31 3.2 Cường độ từ trường – hệ số từ cảm 31 3.3 Từ thông 32 Lực điện từ 32 4.1 Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn 32 4.2 Công lực điện từ .33 4.3 Lực tác dụng dây dẫn mang dòng điện 33 Hiện tượng cảm ứng điện từ .35 5.1 Định luật cảm ứng điện từ 35 5.2 Chiều dòng điện cảm ứng .36 CHƯƠNG 3……………………………… …………………………………… 38 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN1 PHA…………………… ………….39 Giới thiệu……………… ……………………………………………………….39 Dòng điện xoay chiều hình sin………… …………………………………… 39 1.1 Định nghĩa .39 1.2 Nguyên lý tạo sđđ xoay chiều hình sin .41 1.3 Trị số hiệu dụng lượng hình sin 43 Biểu diễn đại lượng xoay chiều dạng đồ thị véc tơ 43 Mạch xoay chiều trở 48 3.1 Quan hệ dòng điện – điện áp 48 3.2 Công suất 50 Dòng điện xoay chiều nhánh cảm 50 4.1 Quan hệ dòng điện, điện áp 50 4.2 Công suất……………………….…………………………………………….51 5 Dòng điện xoay chiều nhánh điện dung 52 5.1 Quan hệ dòng điện, điện áp .52 5.2 Công suất 54 Dòng điện xoay chiều nhánh R – L – C nối tiếp .55 6.1 Quan hệ dòng điện, điện áp 55 6.2 Công suất 57 Hệ số công suất 58 7.1 Định nghĩa – ý nghĩa .59 7.2 Một số biện pháp nâng cao hệ số công suất 59 CHƯƠNG ………………………………… ………………………………… 62 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU PHA 62 Hệ thống ba pha 63 1.1 Khái niệm 63 1.2 Nguyên lý máy phát điện pha .64 Mạch ba pha nối hình 66 2.1 Cách nối dây 66 2.2 Quan hệ đại lượng dây pha 66 2.3 Phương pháp tính mạch ba pha nối hình đối xứng 69 Mạch ba pha nối hình tam giác 70 3.1 Cách nối dây 71 3.2 Quan hệ đại lượng dây pha 71 3.3 Phương pháp tính mạch ba pha nối tam giác đối xứng 72 Công suất mạch ba pha 75 4.1 Công suất tác dụng P 75 4.2 Công suất phản kháng Q 76 4.3.Công suất biểu kiến mạch pha đối xứng 75 CHƯƠNG 78 ĐO LƯỜNG ĐIỆN 78 Giới thiệu .78 Khái niệm 79 1.1 Khái niệm đo lường 79 1.2 Các cấu đo thông dụng 80 Đo dòng điện – điện áp 84 2.1 Đo dòng điện 84 2.2 Đo điện áp .85 Đo điện trở 86 3.1 Phương pháp Volt – Ampere 86 3.2 Đo điện trở dùng đồng hồ vạn .86 Đo điện – đo công suất 88 4.1 Đo điện 88 4.1.1 Công tơ pha…………………………….………………………………….88 4.1.2 Công tơ pha .93 4.2 Đo công suất 94 CHƯƠNG 98 MÁY BIẾN ÁP 98 Giới thiệu .98 Khái niệm chung 99 1.1 Công dụng .99 1.2 Định nghĩa .99 1.3 Các đại lượng định mức 100 Cấu tạo – Nguyên lý làm việc máy biến áp .101 2.1 Cấu tạo 101 2.2 Nguyên lý làm việc 101 Máy biến áp ba pha 104 3.1 Công dụng .104 3.2 Cấu tạo 104 3.3 Các kiểu nối dây máy biến áp pha 106 Các máy biến áp đặc biệt 108 4.1 Máy biến áp tự ngẫu .108 4.2 Máy biến áp hàn 109 CHƯƠNG 114 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ .114 Giới thiệu .114 Khái niệm chung cấu tạo .114 1.1 Khái niệm chung 114 1.2 Cấu tạo 115 Nguyên lý hoạt động động không động ba pha .118 2.1 Từ trường quay – từ trường đập mạch 118 2.2 Nguyên lý làm việc động không đồng pha 123 Mở máy động không đồng ba pha 125 3.1 Mở máy động rotor dây quấn 126 3.2 Mở máy động rotor lồng sóc 126 Động không đồng pha .129 4.1 Dùng dây quấn phụ mở máy 130 4.2 Động không đồng pha có tụ khởi động 131 4.3.Động có vịng ngắn mạch cực từ 132 CHƯƠNG 136 MÁY ĐIỆN CHIỀU 136 Giới thiệu .136 Cấu tạo .136 Nguyên lý máy phát chiều 140 Nguyên lý động chiều 141 CHƯƠNG 144 KHÍ CỤ ĐIỆN 144 Cầu chì .144 Cầu dao 147 Công tắc, nút nhấn 150 Áptômát 155 Contactor 158 Rơle nhiệt 159 TÊN MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã mơn học: MH 14 Vị trí – Tính chất – Vai trị mơn học - Vị trí: + Mơn học Kỹ thuật điện bố trí trước mơ đun nghề - Tính chất + Mơn học Kỹ thuật điện thuộc mô đun kỹ thuật sở thuộc môn học, mô đun đào tạo nghề + Môn học Kỹ thuật điện tảng để sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học khác chuyên ngành - Vai trò + Trang bị cho học sinh kiến thức phân biệt mạch điện xoay chiều pha pha + Giúp học sinh nhận biết sử dụng số thiết bị đo lường điện, khí cụ điện hạ áp, máy điện xoay chiều, máy điện chiều + Giải mạch điện chiều mạch điện xoay chiều pha Mục tiêu môn học: - Trình bày mơ hình mạch, mơ hình toán hệ thống mạch điện, loại máy điện – khí cụ điện - Giải thích định luật kỹ thuật điện - Xác định phương pháp đo đại lượng điện - Phân tích giải tốn mạch điện - Thiết kế mạch điều khiển động đơn giản - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập 10 Nội dung môn học Thời gian STT Tên chương, mục Tổng Lý số thuyết Bài tập I Khái niện mạch điện Mạch điện phần tử mạch Định luật Ohm Định luật Kirchhoff Giải mạch điện chiều II Từ trường – Các tượng cảm ứng điện từ Khái niệm từ trường Từ trường dòng điện Các đại lượng đặc trưng từ trường Lực điện từ Hiện tượng cảm ứng điện từ Sức điện động cảm ứng dây dẫn thẳng chuyển động cắt ngang từ trường Hiện tượng tự cảm 4 III Mạch điện xoay chiều hình sin pha Kiểm tra Dịng điện xoay chiều hình sin Biểu diễn đại lượng xoay chiều dạng đồ thị Mạch xoay chiều trở Mạch xoay chiều cảm Mạch xoay chiều dung Mạch xoay chiều có R-L-C nối tiếp Hệ số cơng suất IV Mạch điện xoay chiều pha Hệ thống pha Mạch pha nối hình Mạch pha nối hình tam giác 11 Công suất mạch pha V Đo lường điện 4 4 2 11 10 45 37 Khái niệm Đo dòng điện – điện áp Đo điện trở Đo điện – đo công suất VI Máy biến áp Khái niệm chung Cấu tạo, nguyên lý làm việc máy biến áp Máy biến áp pha Các máy biến áp đặc biệt VII Máy điện không đồng 1 Khái niệm chung cấu tạo Nguyên lý hoạt động động không động ba pha Mở máy động không đồng ba pha Điều chỉnh tốc độ động không đồng ba pha Động không đồng pha VIII Máy điện chiều Cấu tạo – nguyên lý làm việc máy điện chiều Phân loại máy điện chiều IX Khí cụ điện – mạch máy 1 Cấu tạo - cơng dụng Lựa chọn sồ khí cụ điện hạ áp Mạch máy công nghiệp Cộng 12 CHƯƠNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mã chương: 14.1 Giới thiệu: Chương trình bày mạch điện phần tử mạch điện, kết cấu mạch điện, mơ hình mạch điện phân loại, chế độ làm việc mạch điện, định luật Ơm, định luật Kiếchơp dịng điện điện áp phương pháp giải mạch điện chiều như: Phương pháp biến đổi điện trở; Biến đổi (Y) thành tam giác (Δ) ngược lại Mục tiêu + Trình bày khái niệm mạch điện thơng số mạch điện áp, dịng điện… + Mơ hình hóa mạch điện phần tử mạch; + Giải toán mạch điện; + Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập Nội dung Mạch điện phần tử mạch điện Mục tiêu - Nêu định nghĩa phần tử mạch điện; - Phân tích kết cấu mạch điện; - Tích cực với học 1.1 Định nghĩa mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn (phần tử dẫn) tạo thành vịng kín dịng điện chạy qua Mạch điện thường gồm phần tử sau: nguồn điện, phụ tải (tải), dây dẫn Hình 1.1 13 Hình 1.1.Nút vịng mạch điện 1.2 Các phần tử mạch điện a Nguồn điện Nguồn điện thiết bị phát điện Về nguyên lý, nguồn điện thiết bị biến đổi dạng lượng năng, hóa năng, nhiệt thành điện Hình 1.2 Các dạng nguồn điện b Tải Tải thiết bị tiêu thụ điện biến đổi điện thành dạng lượng khác năng, nhiệt năng, quang v v hình 1.3 Hình 1.3: Các loại phụ tải điện c Dây dẫn Dây dẫn làm kim loại (đồng, nhôm ) dùng để truyền tải điện từ nguồn đến tải 14 1.3 Kết cấu mạch điện a Nhánh Nhánh đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy qua Trên hình 1.1 có nhánh đánh số 1, 2, b Nút Nút điểm gặp từ ba nhánh trở lên Trên hình 1.1 có nút ký hiệu A, B c Vịng Vịng lối khép kín qua nhánh Mạch điện hình 1.1 tạo nên vịng ký hiệu a, b, c 1.4 Các đại lượng đặc trưng trình lượng mạch điện Để đặc trưng cho trình lượng cho nhánh phần tử mạch điện ta dùng hai đại lượng: dịng điện i điện áp u Cơng suất nhánh: p = u.i (1-1) a Dòng điện Dòng điện i trị số tốc độ biến thiên lượng điện tích q qua tiết diện ngang vật dẫn: i = dq/dt (1-2) Hình 1.4 Chiều dịng điện quy ước chiều chuyển động điện tích dương điện trường b Điện áp Hiệu điện (hiệu thế) hai điểm gọi điện áp Điện áp hai điểm A B: UAB = UA - U B (1-3) Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp d Chiều dương dòng điện điện áp + U - i Hình 1.5 U 15 Khi giải mạch điện, ta tùy ý vẽ chiều dòng điện điện áp nhánh gọi chiều dương Kết tính tốn có trị số dương, chiều dịng điện (điện áp) nhánh trùng với chiều vẽ, ngược lại, dịng điện (điện áp) có trị số âm, chiều chúng ngược với chiều vẽ d Công suất Trong mạch điện, nhánh, phần tử nhận lượng phát lượng p = u.i > nhánh nhận lượng p = u.i < nhánh phát nănglượng Đơn vị đo công suất W (Oát) KW Mô hình mạch điện phân loại, chế độ làm việc mạch điện Mục tiêu - Trình bày mơ hình mạch điện - Phân loại nêu chế độ làm việc mạch điện - Tích cực với học 2.1 Mơ hình mạch điện a Nguồn điện áp u(t) Nguồn điện áp đặc trưng cho khả tạo u(t ) nên trì điện áp hai cực nguồn Ký hiệu hình 1.6a biểu diễn sức điện động e(t) (hình 1.6b) a) u(t ) e Hình 1.6 b) Chiều e (t) từ điểm điện thấp đến điểm điện cao Chiều điện áp theo quy ước từ điểm có điện cao đến điểm điện thấp: u(t) = -e(t) (1- 4) b Nguồn dòng điện Nguồn dòng điện J (t) đặc trưng cho khả nguồn điện tạo nên trì dịng điện cung cấp cho mạch ngồi Nguồn dịng ký hiệu hình ( hình 1.7) J(t) > > Hình 1.7 16 c Điện trở R Điện trở R đặc trưng cho trình tiêu thụ điện biến đổi điện sang dạng lượng khác nhiệt năng, quang năng, v.v Quan hệ dòng điện điện áp điện trở : uR =R.i A i (1- 5) (hình 1.8) B uAB Hình 1.8 Đơn vị điện trở (ôm) Công suất điện trở tiêu thụ: p = Ri2 (1-6) Điện tiêu thụ điện trở khoảng thời gian t : Khi i = const ta có A = R.i2.t (1-7) Đơn vị điện Wh (oát giờ), bội số KWh d Điện cảm L Khi có dịng điện i chạy cuộn dây W vịng sinh từ thơng móc vịng với cuộn dây: (1-8) Điện cảm dây định nghĩa: (1-9) Đơn vị điện cảm Henry (H) Nếu dòng điện i biến thiên từ thơng biến thiên theo định luật cảm ứng điện từ cuộn dây xuất sức điện động tự cảm hình 1.9 (1-10) Điện áp cuộn dây: (1-11) 17 Công suất cuộn dây: (1- Hình 1.9 12) Năng lượng từ trường tích lũy cuộn dây: (1-13) Như điện cảm L đặc trưng cho khả tích lũy lượng từ trường cuộn dây e Hỗ cảm M Hiện tượng hỗ cảm tượng xuất từ trường cuộn dây dòng điện biến thiên cuộn dây khác tạo nên Trong hình 1- 10a có hai cuộn dây có liên hệ hỗ cảm với Từ thơng hỗ cảm hai cuộn dây dịng điện i1 tạo nên : (1-14) M hệ số hỗ cảm hai cuộn dây Nếu i biến thiên điện áp hỗ cảm cuộn i1 tạo nên là: (1-15) Tương tự điện áp hỗ cảm cuộn l dòng điện i2 tạo nên là: (1-16) Đơn vị hỗ cảm Henry (H) Hỗ cảm M ký hiệu hình 1.10b dùng cách đánh dấu cực cuộn dây dấu (*) để dễ xác định dấu phương trình (1-15) (1-16) Đó cực tính, dịng điện có chiều vào (hoặc khỏi) cực đánh dấu từ thông tự cảm 11 từ thông hỗ cảm 21 chiều Cực tính phụ thuộc chiều quấn dây 18 vị trí cuộn dây có hỗ cảm Hình 1.10 f Điện dung C Khi đặt điện áp uc hai đầu tụ điện (hình 1.11), có điện tích q tích lũy tụ điện: q = C uc (1-17) Nếu điện áp uC biến thiên có dịng điện dịch chuyển qua tụ điện: (1-18) (1-19) Nếu thời điểm t = mà tụ điện có điện tích ban đầu điện áp tụ là: (1-20) i C uc Hình 1.12 Cơng suất tụ điện: (1-21) Năng lượng tích lũy điện trường tụ điện: (1-22) Vậy điện dung C đặc trưng cho tượng tích lũy lượng điện trường (phóng tích điện năng) tụ điện Đơn vị điện dung F (Fara) g Mơ hình mạch điện Mơ hình mạch điện cịn gọi sơ đồ thay mạch điện , kết cấu hình học trình lượng giống mạch điện thực, song phần tử mạch điện thực mơ hình thơng số R, L, C, M, u, e, j 2.2 Phân loại, chế độ làm việc mạch điện 19 2.2.1 Phân loại theo loại dòng điện mạch a Mạch điện chiều Dịng điện chiều dịng điện có chiều khơng đổi theo thời gian Mạch điện có dịng điện chiều chạy qua gọi mạch điện chiều Dịng điện có trị số chiều khơng thay đổi theo thời gian gọi dịng điện khơng đổi (hình 1.13a) Hình 1.13 b Mạch điện xoay chiều Dịng điện xoay chiều dịng điện có chiều biến đổi theo thời gian Dòng điện xoay chiều sử dụng nhiều dịng điện hình sin, biến đổi theo hàm sin thời gian (hình 1.13.b) Mạch điện có dòng điện xoay chiều gọi mạch điện xoay chiều 2.2.2 Phân loại theo tính chất thơng số R, L, C mạch điện a Mạch điện tuyến tính Tất phần tử mạch điện phần tử tuyến tính, nghĩa thơng số R, L, C số, khơng phụ thuộc vào dịng điện i điện áp u chúng b Mạch điện phi tuyến Mạch điện có chứa phần tử phi tuyến gọi mạch điện phi tuyến Thông số R, L, C phần tử phi tuyến thay đổi phụ thuộc vào dòng điện i điện áp u chúng Định luật Ôm Mục tiêu - Nêu định luật Ơm cho đoạn mạch tồn mạch; - Giải tập áp dụng định luật Ôm; ... mạch máy 1 Cấu tạo - công dụng Lựa chọn sồ khí cụ điện hạ áp Mạch máy công nghiệp Cộng 12 CHƯƠNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN Mã chương: 14.1 Giới thiệu: Chương trình bày mạch điện phần tử mạch. .. TRA NG CHƯƠNG1……… ……………………………… …………………………… 11 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN……………….……………………… 11 Giới thiệu: .11 Mạch điện phần tử mạch điện…………………………………… 11 1.1 Định nghĩa mạch điện... Tên chương, mục Tổng Lý số thuyết Bài tập I Khái niện mạch điện Mạch điện phần tử mạch Định luật Ohm Định luật Kirchhoff Giải mạch điện chiều II Từ trường – Các tượng cảm ứng điện từ Khái niệm